埋入式光纤光栅复合材料结构冲击监测研究

发布时间：2017-07-29 14:37

  本文关键词：埋入式光纤光栅复合材料结构冲击监测研究

  更多相关文章： 光纤光栅传感器 复合材料蜂窝夹芯结构 低速冲击监测 EMD分形 冲击定位

【摘要】：随着航空航天事业的高速发展,航空航天飞行器的服役环境越来越复杂,复合材料具有高比强度、良好的抗疲劳性、耐腐蚀性以及绝缘、热导率低等优点,在航空航天飞行器使用比重越来越重,其中复合材料蜂窝夹芯结构在飞行器上的使用非常广泛。但复合材料和复合材料蜂窝夹芯结构都对冲击载荷较敏感,当复合材料结构受到冲击载荷时,结构易发生基体开裂、碳纤维断裂、碳纤维分层和蜂窝芯子塌陷等损伤,而这些损伤严重影响飞行器的安全性能和使用寿命,因此对航空航天飞行器进行健康监测与评估非常重要。光纤光栅传感器具有体积小、抗电磁干扰、灵敏度高、易于构建分布式传感网络并适合与复合材料一体化集成等独特优点在结构健康监测领域得到了广泛应用。因此,本文针对复合材料和复合材料蜂窝夹芯结构进行冲击监测研究,主要工作包括以下几个方面:首先,利用光纤光栅传感器易与复合材料一体化集成的特性,将光纤光栅传感器与复合材料蜂窝夹芯结构一体化集成,并提出相应的光纤光栅端口引出方式和论证了光纤光栅传感器存活率的方法,接着对埋入复合材料蜂窝夹芯结构的光纤光栅进行静态加载和冲击载荷加载实验,对埋入式光纤光栅传感器的动静态敏感特性进行了研究。其次,利用复合材料蜂窝夹芯板结构,搭建了基于埋入式光纤光栅传感器网络冲击监测系统。利用埋入式光纤光栅传感器动静态敏感特性研究,对不同埋入层的光纤光栅传感器冲击响应信号和同一埋入层不同光纤光栅传感器冲击响应信号之间的共性和差异性进行分析,再提出了一种基于最大向量内积的冲击位置识别算法,初步实现了冲击载荷位置识别。最后,针对复合材料冲击载荷监测需求,构建了基于分布式光纤光栅传感网络冲击监测系统,利用EMD模态分解技术对冲击响应信号进行分解,对分解后的IMF分量提取出相应的分形盒维数作为冲击载荷特征量,提出了一种基于EMD分形的冲击载荷位置识别方法,初步实现了冲击载荷位置识别。
【关键词】：光纤光栅传感器 复合材料蜂窝夹芯结构 低速冲击监测 EMD分形 冲击定位
【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】：V214.8;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 课题研究背景14-18
• 1.1.1 航空航天飞行器复合材料冲击监测研究背景14-15
• 1.1.2 复合材料蜂窝夹芯结构冲击监测研究背景15-17
• 1.1.3 分形特征提取技术研究背景17-18
• 1.2 国内外研究现状18-21
• 1.2.1 复合材料层合板冲击监测研究现状18
• 1.2.2 复合材料与光纤光栅一体化集成研究现状18-19
• 1.2.3 复合材料蜂窝夹芯结构冲击监测研究现状19-20
• 1.2.4 分形特征提取技术研究状况20-21
• 1.3 本文研究意义及内容21-23
• 1.3.1 本文研究意义21
• 1.3.2 本文研究内容21-23
• 第二章 埋入式光纤光栅应变传感特性研究23-45
• 2.1 光纤FBG传感机理23-24
• 2.2 光纤光栅与复合材料蜂窝夹芯结构一体化集成24-31
• 2.2.1 复合材料蜂窝夹芯结构层合板成型方式研究24-26
• 2.2.2 内埋光纤光栅传感器存活率和引出保护方式研究26-29
• 2.2.3 光纤光栅存活率提高方法29-31
• 2.3 埋入式FBG传感器静载应变敏感特性研究31-38
• 2.3.1 埋入式FBG静载应变响应评估系统搭建31-32
• 2.3.2 埋入式FBG传感器与加载点距离关系研究32-36
• 2.3.3 埋入式FBG传感器与加载载荷关系研究36-37
• 2.3.4 埋入式FBG传感器与加载点角度关系研究37-38
• 2.4 埋入式FBG传感器冲击敏感特性研究38-43
• 2.4.1 埋入式FBG传感器冲击监测系统39
• 2.4.2 埋入式FBG传感器与冲击点距离关系研究39-42
• 2.4.3 埋入式FBG传感器与冲击点角度关系研究42-43
• 2.5 本章小结43-45
• 第三章 埋入式光纤光栅薄壁蜂窝结构冲击监测研究45-69
• 3.1 小波和小波包分解技术45-46
• 3.1.1 小波分析45-46
• 3.1.2 小波包分析46
• 3.2 最大向量内积冲击定位原理46-49
• 3.2.1 基于小波分解的冲击响应信号的预处理原理46-47
• 3.2.2 基于小波包分析技术冲击特征向量的构建原理47
• 3.2.3 基于最大向量内积定位的原理47-49
• 3.3 复合材料蜂窝夹芯结构冲击实验系统构建49-50
• 3.4 不同埋入层光纤光栅冲击响应信号分析50-65
• 3.4.1 光纤光栅冲击响应信号预处理50-52
• 3.4.2 冲击响应信号分析52-65
• 3.5 冲击特征向量的构建65-66
• 3.6 冲击载荷位置识别66-68
• 3.7 本章小结68-69
• 第四章 基于EMD分形冲击监测研究69-80
• 4.1 EMD分解69-71
• 4.2 分形理论71-72
• 4.2.1 分形空间71
• 4.2.2 几种常见的分形维数71-72
• 4.3 HAUSDORFF距离72
• 4.4 实验系统72-79
• 4.4.1 基于EMD分形冲击定位算法原理74-75
• 4.4.2 冲击响应信号处理与分析75-79
• 4.5 测试结果分析79
• 4.6 本章小结79-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 全文工作总结80-81
• 5.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及学术论文87

【参考文献】

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本文编号：589677