基于光纖傳感和EMD分解的復(fù)合材料損傷監(jiān)測研究.pdf

1、復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐磨和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點，在軍事、航天、醫(yī)療、船舶等領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用。但是復(fù)合材料對損傷敏感，易導(dǎo)致其強(qiáng)度大幅下降，導(dǎo)致承載能力下降，所以對于復(fù)合材料的損傷監(jiān)測是十分重要的。由于復(fù)合材料具有各向異性的性質(zhì)，因此監(jiān)測時采集到的信號具有非線性、非平穩(wěn)的性質(zhì)，如何處理這些數(shù)據(jù)，是復(fù)合材料監(jiān)測中的難點。
　　 光纖光柵傳感器作為新型的傳感器，具有穩(wěn)定性高、抗干擾、易于分布等優(yōu)勢，在各個工程領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)

2、用，并且表現(xiàn)良好。EMD分解是一種依據(jù)信號的局部時變特征進(jìn)行的自適應(yīng)分解，將信號分解為若干個IMF分量和一個殘余量之和，克服了傳統(tǒng)方法中利用無意義的諧波分量來表示非平穩(wěn)、非線性信號的缺陷，因此更適合處理非平穩(wěn)信號。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力和并行計算能力，特別適用于處理非線性問題?；诖?，本文將光纖傳感器與EMD分解和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合起來，用于對復(fù)合材料板的損傷監(jiān)測。
　　 本文做了如下幾個方面的工作：
　　 1.分

3、析了復(fù)合材料在實際應(yīng)用中存在的問題。并從理論上探討了光纖光柵傳感器分別在軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力下的應(yīng)變傳感特性。得到了光纖光柵傳感器在軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力下的靈敏度。
　　 2.通過對兩端約束的復(fù)合板材進(jìn)行有限元建模并分析，得到了其在健康和損傷兩種狀態(tài)下的應(yīng)變分布規(guī)律。在相同載荷下，損傷狀態(tài)下的板材的應(yīng)變大于健康狀態(tài)下的應(yīng)變，并且在損傷處會出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。
　　 3.利用有限元分析的結(jié)果，確定了光纖傳感粘貼的位置和傳感陣列

4、的范圍。利用SM130光纖解調(diào)儀，得到了在健康和損傷兩種狀態(tài)下同一載荷加載到不同位置時應(yīng)變的變化，采集到了兩種狀態(tài)下相同能量沖擊不同位置時應(yīng)變波形。
　　 4.利用EMD分解方法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到了各信號的IMF分量。并提出了一種基于IMF能量貢獻(xiàn)率的特征向量提取方法。建立了一個隱含層含有12個神經(jīng)元的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并利用得到的數(shù)據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，相似特征輸入樣本的檢驗表明，建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠很好的進(jìn)行損傷識別。