基于光纤光栅传感网络的层合板结构冲击监测

摘要

随着航空航天事业的快速发展，航空航天飞行器需要具有更优异的适应能力才能在当前日益复杂的空间环境中安全运行，因此飞行器自身材料与结构的性能对其安全性的影响越来越大。而复合材料由于具有高比强度、良好的抗疲劳性、耐腐蚀性以及绝缘、热导率低等优点，得到了良好的发展与应用，现已广泛应用于航空制造业当中。然而在使用过程中外部环境中振动因素影响下，复合材料内部容易受到产生损伤，如其层间脱层以及纤维断裂等。这些隐蔽性的损伤降低了复合材料的使用可靠性和安全性。因此对复合材料冲击定位问题的研究是非常必要的。光纤光栅传感器对温度和应变的变化非常敏感，且芯径细、质量轻、柔韧性好，适合于与柔性充气结构一体化集成，同时抗电磁干扰能力强、又耐腐蚀等独特优点，得到了广泛的应用。本文基于光纤光栅传感技术，研究了基于光纤光栅传感网络的复合材料层合板结构冲击监测。主要工作包括以下几个方面：
　　首先，针对复合材料层合板的结构性能和光纤光栅传感器的敏感特性，分别研究了不同加载状态下的光纤光栅传感器的温度敏感特性、光纤光栅传感器与复合材料预浸料铺层的相容性研究以及不同结构状态的板结构的冲击敏感特性等三方面内容。探究了温度和应变对光纤光栅传感器中心波长偏移作用的独立性、与复合材料铺层呈现不同夹角的光纤光栅传感器的灵敏度以及加筋板状结构对冲击响应信号的影响。
　　其次，针对层合板结构的冲击振动问题，提出了基于AR模型和H距离的光纤光栅冲击定位方法。分析层合板结构的冲击振动状态，构建了基于光纤光栅传感器的优化布局网络，实现对板结构冲击区域的冲击监测，并结合AR模型和H距离构成的定位算法系统，实现对冲击位置的辨识。
　　最后，提出了一种基于模态分解相似度比对的光纤光栅冲击定位方法。构建光纤光栅冲击定位系统，监测板面冲击定位状态，进而分析冲击信号反映出来的特征信息，随后对冲击信号进行模态分解，并构建对应冲击信号的IMF分解信号向量；利用此方法可确定所有样本冲击信号的IMF分解信号；通过比对测试信号向量与样本信号的相似度可确定测试点的位置坐标。

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注释表

缩略词

第一章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

1.4本文结构

第二章 光纤光栅传感器的传感特性及板结构冲击响应

2.1复合材料与光纤光栅传感器的敏感特性

2.2光纤温度敏感特性

2.3加强筋对光纤光栅传感的影响

2.4本章总结

第三章 基于AR模型系数及H距离的光纤光栅传感网络冲击监测系统

3.1 四边固支薄板结构的振动模态分析

3.2小波包分析与AR模型

3.3定位方法研究

3.4结果与分析

3.5本章小结

第四章 基于向量比对的光纤光栅定位系统

4.1 层合板的弯曲模态

4.2 相似性测量与EMD模态分解

4.3实验系统

4.4加筋板状结构的冲击定位研究

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文的主要研究工作

5.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文