船闸人字门应变数据处理系统设计

摘要

三峡葛洲坝船闸人字门常年工作在低速重载的复杂水域环境中，随着闸门的频繁启闭，加上动水载荷和门体两侧巨大的水位差压力的共同作用，会在人字门的局部区域反复发生应力的集中与释放，很容易对门体结构造成疲劳损伤，当结构损伤累计到一定程度时，就会出现门体病态和险情，不仅影响通航，还会造成严重的经济损失。因此正确有效的监测并评估船闸人字门等大型水利金属结构的应变状况，具有极其重要的现实意义。
　　本文主要针对葛洲坝3＃船闸下游人字门进行健康状况的远程监测，基于结构分析的结果，在人字门关键位置布设应变传感器，实现了应变状况的在线实时监测，并取得了一系列有效成果。本文研究内容主要包括:
　　(1)根据船闸人字门结构及其工作机理，建立人字门三维模型，结合有限元分析的方法，采用ANSYS-Workbench软件对船闸人字门进行结构分析，确定人字门在运行过程中的应力集中区域，为传感器的布设方案提供理论依据。
　　(2)提出了一种船闸人字门应变在线监测系统的总体框架和实现方法，并基于Labview语言设计了包括后端进程控制模块和前端显示界面的软件系统，实现了船闸人字门应变数据的实时采集、传输、显示与存储。
　　(3)采用算术平均滤波、加权平均滤波和小波阈值法对应力/应变数据进行时域平滑和去噪处理，并对人字门在一个完整通航周期内的应力变化规律进行分析。最后求取各个阶段中的应力最值，与设置的人字门结构材料的许用应力阈值做对比，进而判断人字门应力变化是否在合理范围之内。
　　(4)通过快速傅里叶变换和短时傅里叶变换对应变/应力数据的频域和时频特性进行分析，得出各个阶段的激励频率，与人字门前六阶固有频率进行比较，用以评估人字门在运行过程中是否存在共振隐患。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 应变监测

1．2．2 应变信号处理

1．3 论文的主要研究内容

第2章 光纤光栅传感器传感理论

2．1 光纤光栅概述

2．2 光纤光栅传感器的特点

2．3 光纤光栅传感器工作原理

2．3．1 光纤光栅传感原理

2．3．2 FBG应变传感特性

2．3．3 FBG温度传感特性

2．3．4 交叉敏感问题及解决方案

2．4 FBG应变/温度传感器应力-应变关系

2．5 本章小结

第3章 人字门应变监测系统设计

3．1 人字门门体结构分析

3．1．1 船闸人字门结构及其工作流程

3．1．2 门体建模

3．1．3 门体受力分析

3．2 应变监测系统搭建

3．2．1 系统组成及功能

3．2．2 应变传感器布设方案

3．2．3 传感器安装工艺

3．3 应变监测系统软件设计

3．3．1 软件整体框架设计

3．3．2 后面板设计

3．3．3 前面板设计

3．4 本章小结

第4章 应变数据处理与分析

4．1 应变传感器标号

4．2 数据选取

4．3 时域波形分析

4．4 数据平滑

4．4．1 算术平均滤波

4．4．2 加权平均滤波

4．5 小波阈值法去噪

4．6 求取最值

4．7 时频分析

4．8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表专利

致谢