基于光纤光栅传感器的动车组结构疲劳预测技术研究

发布时间：2020-07-18 02:05

【摘要】：动车组在人们的出行中发挥着越来越重要的作用,其高速性和舒适性成为众多旅客的出行选择。动车组结构的疲劳强度是否满足要求是保证列车行车安全的前提,动车组在高速运行时,其结构承受着复杂的交变载荷,为了确定其载荷情况,需要对动车组结构进行应力监测。动车组的电磁环境异常复杂,光纤光栅传感器以光作为传感信号,具有抗电磁干扰、灵敏度高等特点。为降低动车组维护成本及减少电磁干扰,本文基于光纤光栅技术对动车组结构疲劳寿命预测技术进行研究。本文开发了针对动车组焊接结构的动应力数据采集和累积损伤预测系统,在动车组焊缝部位布置光纤光栅传感器,采用光纤光栅动态解调仪SM130进行光波信号解调,工控机进行采集控制与数据存储。基于LabVIEW软件开发数据采集与处理、雨流计数、S-N曲线编制、损伤及寿命计算程序。利用IIW国际焊接学会标准中的焊接接头S-N曲线数据,基于Miner累积损伤原理进行疲劳寿命预测。以CRH380B动车组设备舱支架为研究对象,采用本系统进行支架焊缝的动应力监测及损伤预测。首先利用光纤光栅传感器,搭建支架焊缝的应力监测平台。然后对测得的动应力数据进行一系列处理和雨流计数并编制成应力谱。最后基于测点的实测应力谱,依据IIW标准采用名义应力法对支架的关键部位进行疲劳损伤计算。本文设计的光纤光栅应力监测和结构疲劳预测系统,能够对动车组结构进行应力监测和疲劳评估。设备舱支架的疲劳损伤计算和疲劳寿命估算表明,其损伤预测结果为3.29×10-6,可运用里程3300万公里,满足设计寿命1200万公里的要求。本系统可用于强电磁干扰环境下焊接结构的疲劳损伤监测。
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH74;U266
【图文】：

大连邋Ｘｆｉ大学工学硕士学位论文逡逑３．２．邋２时分复用技术逡逑时分复用（ＴＤＭ）的光纤光栅传感网布局如图３．３所示。每个光栅之间用延迟线隔逡逑开，再将宽谱光源改为脉冲电源，使各个光纤光栅反射的光信号存在一个时间差，利用逡逑时间差求得各个传感器的信号。逡逑充强ｆ逡逑Ａ逦皿？？？几逡逑？时间时猫逡逑—幽￣￣塼逡逑图３．３时分复用机理逡逑Ｆｉｇ．邋３，３邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ＴＤＭ逡逑３．２．３空分复用技术逡逑对于大规模复杂结构监控系统可以利用空分复用，其结构如图３．４所示。空分复用逡逑具有多条光通道，当宽谱光源照射光纤光栅传感器时，光开关会进行快速选择，将反射逡逑信号输入到不同通道。逡逑ＦＢＧ反叛信号逡逑？光镢逦ｊ光rF－Ｉ逡逑Ｊ＾ｒａＧＳ逦ｍｍ逡逑｜光丨系统逡逑图３．４空分复用机理逡逑Ｆｉｇ．邋３．４邋Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ＳＤＭ逡逑３．２．４混合复用技术逡逑从上述分析中不难看出，单一的波分复用、空分复用和时分复用技术都对复用光栅逡逑的个数有一定限制，这难以满足光纤光栅分布式传感发展的需要？混合复用技术是在以逡逑上三种复用技术基础上的组合，较常见的混合复用技术为波分＋时分、波分＋空分和波分逡逑＋时分＋空分组合复用技术。逡逑（１）波分＋时分复用技术可以复用大量光纤光栅传感器

表３．３ＳＭ１３０光学参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋３．３邋ＳＭＩ３０邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ逡逑ＳＭＩ邋３０逦７００逦５００逦２００逡逑学通道数逦４逦４逦１逡逑长范围逦１５１０￣１５９０ｎｍ逦１５１０￣１５９０ｎｍ逦１５１０￣１５９０ｎｍ￣逡逑稳定性逦２ｐｍ典型，５ｐｍ最大逡逑重复性逦１ｐｍ，（每１００ｐｍ波动在０．０５ｐｍ左右）逡逑道最大传感逦＋逡逑８０（在单通道１６０ｎｍ时最多到１６０）逡逑器数里逡逑态范围逦２５ｄＢ可设置信号增益逡逑描频率逦１ｋＨｚ逦５００Ｈｚ逦ｎ￣１００Ｈｚ（５００Ｈｚ逡逑（１邋ＫＨｚ可选）逦ｌＫＨｚ可选）逡逑学接头逦ＦＣ／ＡＰＣ逡逑ｃｓ公司的ＳＭ１３０为紧凑型动态光纤光栅解调仪，可对快速变，进行相应改造，可准确地测量数百个光学传感器。ＳＭ１３０驱动的方式，其最大扫描速率可以达到１００，邋５００或１０００Ｈｚ邋（

因此为了保持数据采集软甲运行稳定性，本文选择研华ＵＮＯ－２１７４Ａ，作为本文的工逡逑控机，其采用无风扇嵌入式结构，功耗低，接口丰富，防尘等级高，可以在恶劣的环境逡逑下稳定运行。ＵＮＯ－２１７４Ａ的具体参数如表３．４所示，外观如图３．７所示。逡逑表３．４研华ＵＮＯ－２１７４Ａ相关参数逡逑Ｔａｂｌｅ邋３．４邋Ａｄｖａｎｔｅｃｈ邋ＵＮＯ－２１７４Ａ邋Ｒｅｌａｔｅｄ邋Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ逡逑ＵＮＯ－２１７４Ａ－Ａ２３Ｅ逡逑处理器逦英特尔凌动Ｄ５１０邋１．６６ＧＨｚ处理器逡逑内存逦内置２ＧＢＤＤＲ２ＲＡＭ逡逑系统逦Ｗｉｎｄｏｗｓ邋７逡逑接口逦千兆以太网端口，２ｘＭｉｎｉＰＣＩｅ槽，￣６邋ｘ邋ＵＳＢ邋２．０；逡逑其他硬件逦持ＰＣ／１０４和ＰＣＮ１０４子板扩充插件、附加Ｉ／Ｏ模块和总线卡逡逑防尘等级逦ＩＰ４０逡逑适用温度逦－ｌ0￣７０°Ｃ逡逑＾＾－－逦逡逑图３．７工控机研华ＵＮＯ－２１７４Ａ外观图逡逑Ｆｉｇ．邋３．７邋Ａｄｖａｎｔｅｃｈ邋ＵＮＯ－２１７４Ａ邋Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ逡逑１９逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前5条

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本文编号：2760249