基于FBG光譜分析的變體機翼柔性蒙皮損傷監(jiān)測技術(shù)研究.pdf

1、本文以變體機翼飛行器為研究對象,以變體機翼飛行器結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的新需求為出發(fā)點,結(jié)合光纖布拉格光柵傳感器、先進復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測原理展開研究,提出利用光纖布拉格光柵(Fiber Bragg Grating,FBG)傳感器應(yīng)變傳感原理和非均勻反射譜變化特性進行損傷監(jiān)測與主動變形監(jiān)測的方法。
　　主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)光纖布拉格光柵非均勻反射譜重構(gòu)算法研究方面:
　　在經(jīng)典龍格-庫塔算法和傳輸矩陣算法的基礎(chǔ)上

2、,將梯度因子引入傳輸矩陣算法中,獲得了一種迭代速率高且跟蹤應(yīng)變場變化更為精準的改進傳輸矩陣算法。驗證試驗表明:改進傳輸矩陣算法迭代速率(提高4倍以上)和重構(gòu)準確性有了明顯提高。
　　(2)變體機翼柔性蒙皮損傷監(jiān)測研究方面:
　　研究了復(fù)合材料波紋形柔性蒙皮在拉伸載荷下鋪層損傷失效過程;進行有限元分析,預(yù)測了鋪層失效次序和臨界失效載荷;利用改進傳輸矩陣算法對預(yù)測失效鋪層的臨界失效光譜進行重構(gòu);提出以光纖布拉格光柵傳感器非均勻反

3、射譜反射峰變化監(jiān)測復(fù)合材料波紋形柔性蒙皮漸進損傷的方法。靜態(tài)拉伸實驗結(jié)果表明:有限元分析鋪層失效次序、對應(yīng)臨界光譜均與實驗研究結(jié)果基本一致,臨界失效載荷最大誤差為8.6％。
　　研究了復(fù)合材料蒙皮-蜂窩芯結(jié)構(gòu)拉伸載荷下的力學(xué)特性和失效過程;提出利用 FBG傳感器非均勻反射譜反射峰規(guī)律性變化模式監(jiān)測復(fù)合材料蜂窩芯結(jié)構(gòu)失效過程的方法。實驗研究表明:復(fù)合材料蜂窩芯結(jié)構(gòu)失效過程中存在著FBG反射譜規(guī)律性的變化,結(jié)合有限元分析和拉伸特性曲線

4、,光譜變化規(guī)律可有效描述復(fù)合材料蜂窩芯結(jié)構(gòu)失效過程。
　　(3)復(fù)合材料柔性曲面變形監(jiān)測與曲面重構(gòu)研究方面:
　　以FBG應(yīng)變傳感原理為基礎(chǔ),建立各傳感器封裝位置實時曲率變化與中心波長的對應(yīng)關(guān)系;采用一種非視覺傳感方法實時動態(tài)監(jiān)測復(fù)合材料柔性蜂窩芯曲面結(jié)構(gòu)的變形位置。驗證試驗表明:重構(gòu)曲面與實驗視覺記錄結(jié)果吻合且監(jiān)測系統(tǒng)響應(yīng)迅速。
　　本文在FBG非均勻反射譜重構(gòu)算法改進,光譜分析應(yīng)用方面的探索,將FBG非均勻反射譜特