基于長標距布拉格光柵傳感技術的損傷識別研究.pdf

1、對大型復雜結構實施健康監(jiān)測與診斷是一個非常重要的問題。然而，作為健康監(jiān)測的一個重要組成部分，傳感測試技術需要滿足長期性和穩(wěn)定性的要求。但傳統(tǒng)傳感器的布置多表現(xiàn)為“點多面廣”，而且其穩(wěn)定性、耐久性以及對損傷的敏感性也不能完全滿足對結構監(jiān)測的需要。鑒于此，本文研究了一種新型的長標距分布式布拉格光柵(FBG)傳感器，該傳感器具有長期、穩(wěn)定、高靈敏度和長標距等優(yōu)勢。同時研究了與其配套的損傷識別方法，即東南大學徐趙東教授提出的基于應變能量的損傷識

2、別方法。并通過對一懸臂梁結構進行動力損傷識別試驗，以及對一大跨斜拉橋結構進行動力損傷識別數(shù)值分析，驗證了該長標距FBG傳感器和基于應變的能量損傷識別方法在對結構進行損傷識別方面具有良好的適用性。 本文的主要研究內(nèi)容及成果如下： (1)封裝后的FBG應變傳感器測量的是標距內(nèi)的平均應變，經(jīng)過標定發(fā)現(xiàn)封裝后的傳感器有良好的線性關系。試驗中通過對結構施加一初始位移使結構自由振動，提取結構上點或單元的時程應變數(shù)據(jù)對結構進行分析。通

3、過識別結果可以發(fā)現(xiàn)，時程數(shù)據(jù)經(jīng)過傅立葉變換后能較好地反映出結構的一階頻率，但高階頻率因結構主要以一階自振頻率振動而不能有所體現(xiàn)，所以本實驗中通過頻率改變來識別損傷效果不理想。 (2)應變數(shù)據(jù)在實際工程中可以由應變傳感器直接得到，因此可以避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差，而且基于應變的能量方法無需考慮激勵力的作用，并能避免了復雜的振型求解，是一種切實可行的損傷識別方法。本文采用能量差和能量曲率差指標識別懸臂梁結構的損傷，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)在各種

4、激勵下均有較好的識別效果。但在結構應變較小處，這兩個指標的值較小，可能被淹沒，所以在本文中提出了一個放大系數(shù)七，經(jīng)過放大處理后發(fā)現(xiàn)，結構損傷識別效果有了較大的提高。 (3)本文通過對一斜拉橋進行數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)基于應變能量的損傷識別指標在不同的損傷程度下(如輕度、中度、重度損傷)均能較好地定位損傷。但是會在結構對稱點處產(chǎn)生誤判，且其突變峰值不一定低于真實損傷處的突變峰值。相比之下，基于能量曲率差的指標更具可靠性，通過求曲率，能