(硕士论文)板状结构静载监测及+FBG+传感网络优化布局研究.pdf

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日期:
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
光纤传感器具有材料性质稳定、抗电磁干扰以及易于构建分布式监测系统等优点,因此非
常适用于对航空结构和土木结构的健康状态健康监测。国内外研究者公认光纤传感器为最适合
于构成智能材料结构中分布式监测网络的传感器。
飞机在工作环境中由于承受多各种形式载荷共同作用,板壳类结构会产生不可以预见的损
伤。由于飞行任务模式中强过载和加载形式日趋复杂化,容易造成结构强度失效,使得飞机典
型承载部件如机体、机翼力学性能大幅下降,直接危及飞行安全。因此必须及时获取载荷加载
信息,从而为结构健康状态准确评估和视情维修提供可靠依据。
开展 FBG 传感器优化配置方法的研究以及对载荷辨识方法的研究,对于提高光纤监测系统
效率、可靠性和经济性具有重要意义。本文紧紧围绕这两个问题对光纤传感网络优化以及载荷
辨识进行了研究,具体研究工作主要包括如下几个方面:
首先,对结构健康监测中光纤传感网络优化布局和可靠性的研究现状以及静载辨识研究现
状进行了综述性分析。
其次,对光纤传感网络优化中的传感器优化布局与光纤传感网络可靠性两方面进行研究。
通过对结构响应特性研究,提出了对结构静力响应参数监测时,传感器布局的一般规则。将概
率计算引入光纤 FBG 传感网络不同拓扑结构可靠性的比较,并给出了几种(基于)不同拓扑结
构的光纤传感网络形式及其可靠性数值分析。
再次,对静载作用下板结构应变特性进行研究,通过仿真分析发现沿板结构约束边处应变
存在峰值,且该峰值的位置与加载位置相关。根据这种特点,提出了基于约束边应变极值对应
位置实现对板结构加载位置进行辨识的方法,并在铝合金四边固支板以及复合材料板结构中验
证了该方法的有效性。
最后,为研究不规则板结构中载荷辨识方法,文中提出了基于力流法的板结构静载监测方
法,研究了板结构在载荷作用下力的传递路径规律。通过大量仿真分析,对该方法进行了详细
研究,给出了计算不规则板结构中加载位置的方法,通过相关实验验证了该方法的有效性。
关键词:光纤传感网络传感器优化布局可靠性静载辨识应变极值坐标力流法

本文研究受到了国家自然科学基金项目(60907038、51275239)、国家自然科学基金项目
国际交流(51161120326)、江苏省科技支撑计划项目(BE20111814)、教育部高等学校博士点
基金(20123218110003)资助。
本文工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
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基于光纤 FBG 监测系统的板结构静载辨识研究
ABSTRACT
The fiber optic sensor has such advantages, like stable material, anti-ic interference,
as well as easy to build a distributed monitoring system. so it is suitable for the health monitoring of
the health status of aviation structural and civil engineering structures. Domestic and foreign
researchers generally accepted fiber optic sensors as the most suitable sensors of distributed
work constitutes Smart Materials and Structures.
Aircraft exposed to various forms loads in work environment, the structure of plate and shell will
produce unforeseen damage. Because in mission mode strong overload and the form of