典型机械结构分布式光纤应变监测及应变场重构方法研究

发布时间：2017-10-05 06:12

  本文关键词：典型机械结构分布式光纤应变监测及应变场重构方法研究

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【摘要】：航空航天器在长期飞行过程中,恶劣环境因素的影响易导致其主承力结构损伤不可避免,轻则产生故障、任务失败,严重的会造成机毁人亡的重大损失。飞行器关键区域的应力应变信息是评估航空飞行器结构健康状态的重要依据,因此实现对其应力应变场的实时准确监测显得尤为重要。由于航空航天器在不同飞行状态下呈现出不同的应力应变分布规律,必须研究具备高性能高可靠性特点的分布式结构应变监测与反演技术,为及时获得结构应变场分布信息提供支持。本文主要工作包括以下几个方面:首先,针对单端固支梁、板结构的应变场监测与反演需求,研究了相应传感器布局方法,构建了应变监测系统,给出应变场反演算法。建立了单端固支梁、板结构的力学模型,数值模拟得到单端固支板的应变场,实现对单端固支的梁、板状结构的应变场监测和反演。以单端固支铝合金板为对象,验证了应变监测系统和反演算法的可行性。其次,针对工业压力容器结构服役过程健康监测需求,采用CATIA建立了工业压力容器的实物缩比模型,借助ANSYS有限元仿真软件模拟得到不同加载条件下压力容器关键区域应变场分布特征。分别采用基于反距离加权求平均和三次B样条函数的算法实现对压力容器的应变场重构。在此基础上,采用Labview软件编写了工业压力容器关键区域应变在线监测的人机交互界面。最后,针对空间折叠展开结构在展开过程健康监测需求,建立了折叠展开结构实物模型。采用有限元方法得到折叠展开结构在受到不同外界载荷作用下的应变分布特征以及危险点出现区域。提出了该结构在受拉伸展开过程中,任意两个波峰之间距离的计算方法,为后续轴向变形监测提供依据。借助Labview图形化软件实现折叠结构在展开过程中危险点应变及褶皱区域应变云图实时显示功能。
【关键词】：光纤光栅 应变监测 反演 压力容器结构 折叠结构
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V467;V414
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题研究背景14-17
• 1.1.1 结构应变监测与应变场反演研究背景14-15
• 1.1.2 压力容器研究背景15-16
• 1.1.3 空间可折叠展开结构研究背景16-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.2.1 结构应变监测与应变场反演研究现状17
• 1.2.2 压力容器监测技术研究现状17-19
• 1.2.3 折叠展开结构监测技术研究现状19-20
• 1.3 本文研究内容及意义20-22
• 1.3.1 本文研究内容20-21
• 1.3.2 本文研究意义21-22
• 第二章 基于光纤光栅与应变片的铝合金结构应变监测与应变场反演方法研究22-37
• 2.1 结构应变监测原理22-24
• 2.1.1 光纤光栅传感器应变感知原理22-23
• 2.1.2 电阻应变式传感器原理23-24
• 2.2 应变场反演原理24-25
• 2.2.1 三次B样条函数插值原理24
• 2.2.2 反距离加权应变场重构算法原理24-25
• 2.3 梁与板结构数值模拟25-33
• 2.3.1 单端固支梁结构有限元仿真与拟合25-29
• 2.3.2 两端固支梁结构有限元仿真与拟合29-31
• 2.3.3 单边固支板结构有限元仿真31-33
• 2.4 实验系统构建33-34
• 2.5 实验结果与讨论34-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第三章 压力容器结构分布式光纤应变监测与应变场重构方法研究37-58
• 3.1 压力容器结构分布式光纤应变测量原理37-38
• 3.2 压力容器缩比模型有限元分析38-43
• 3.3 压力容器关键区域应变场重构43-48
• 3.4 监测软件界面设计48-51
• 3.5 实验系统搭建及实验结果分析51-57
• 3.5.1 实验系统搭建51-52
• 3.5.2 实验结果分析52-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 折叠展开结构关键区域应变与轴向变形监测方法研究58-81
• 4.1 折叠展开结构力学建模58-59
• 4.2 折叠展开结构有限元分析59-70
• 4.2.1 不同拉伸载荷作用下有限元仿真分析59-65
• 4.2.2 不同加载位移下有限元仿真分析65-66
• 4.2.3 不同内压下有限元折叠机构仿真分析66-68
• 4.2.4 内压和拉伸载荷共同作用下的有限元仿真分析68-70
• 4.3 折叠展开结构褶皱区域轴向变形计算方法与仿真分析70-74
• 4.3.1 折叠展开结构褶皱区域轴向变形计算方法70-73
• 4.3.2 计算轴向变形仿真分析73-74
• 4.4 实验系统构建与传感器布局74-76
• 4.5 监测软件界面设计76-77
• 4.6 实验结果分析77-80
• 4.7 本章小结80-81
• 第五章 总结与展望81-83
• 5.1 全文主要工作81-82
• 5.2 进一步工作展望82-83
• 参考文献83-87
• 致谢87-88
• 在学期间的研究成果及学术论文88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张博明;郭艳丽;;基于光纤传感网络的航空航天复合材料结构健康监测技术研究现状[J];上海大学学报(自然科学版);2014年01期

2 林晓珑;白炳莲;杨鑫;冯毅;;器物理原理演示教学仪器的研制[J];大学物理实验;2013年01期

3 滑广军;吴运新;;混凝土泵车臂架结构健康监测传感器优化布置[J];华南理工大学学报(自然科学版);2012年12期

4 王修岩;薛斌斌;李宗帅;;基于Petri网的飞机交流发电机故障诊断系统研究[J];中国民航大学学报;2012年01期

5 苏勋文;王少萍;朱冬梅;石健;;直升机中减速器谐响应分析与传感器优化布局[J];北京航空航天大学学报;2011年09期

6 徐海伟;曾捷;张晓丽;梁大开;;可变体机翼多物理场分布式光纤集成测试技术[J];航空科学技术;2011年01期

7 卫剑征;谭惠丰;苗常青;赫晓东;;空间折叠薄膜管的充气展开动力学实验研究[J];力学学报;2011年01期

8 杨艳;安盼龙;赵瑞娟;;电阻应变式传感器的研究[J];物理与工程;2010年02期

9 钟卫洲;宋顺成;陈刚;黄西成;黄鹏;;正交各向异性圆柱体在轴压作用下的应力场[J];应用数学和力学;2010年03期

10 尹福炎;;电阻应变片与应变传递原理研究[J];衡器;2010年02期

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 童若飞;空间结构模态识别与实测方法研究[D];浙江大学;2011年

2 盖芳芳;空间碎片超高速撞击下充气压力容器破损预报[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 江学为;蛋白质折叠的网络方法研究[D];华中科技大学;2010年

4 赵海涛;基于光纤传感技术的复合材料结构全寿命健康监测研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 赵在理;压力容器的结构分析与安全评估研究[D];武汉理工大学;2006年

6 孙秀山;正交各向异性平面问题弹塑性分析的边界元法[D];清华大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王亭亭;局部缺陷对薄壁结构屈曲失效的影响研究[D];北京工业大学;2014年

2 张国晋;纤维缠绕气瓶压力过载及冲击损伤行为研究[D];大连理工大学;2014年

3 杨劲松;裂纹尖端应力应变场的数值模拟及分析[D];大连理工大学;2012年

4 徐海伟;变体机翼分布式光纤应变监测技术及FBG传感器优化配置研究[D];南京航空航天大学;2012年

5 李晓东;某航空材料叠层结构失效行为的跨尺度分析[D];兰州理工大学;2011年

6 李X;动态结构健康监测系统研究[D];南京航空航天大学;2010年

7 刘晓;基于磁光光纤布拉格光栅的全光时钟再生研究[D];电子科技大学;2009年

8 袁素梅;结构健康监测的数据采集与损伤识别研究[D];大连理工大学;2008年

9 孙从军;折叠网格结构的几何构成及其力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

10 张玉田;薄壁波纹管拉伸位移条件下周向稳定性研究[D];西北工业大学;2007年

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本文编号：975193