基于fbg光谱分析变体机翼柔性蒙皮损伤监测技术研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonDamageMonitoringTechnologyofMorphingWingCompositeMaterialSkinBasedonSpectrumAnalysisofFiberBraggGratingAThesisinMeasurementandTestingTechnology&InstrumentsbyZhangYongAdvisedbyPr

2、of.WangBangfengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhilosophy万方数据December,2013万方数据承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：万方数据万方数据万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文以变体机翼飞行器为研究对象，以变体机翼飞行器结构健康监测的新需求为出发点，结合光纤布拉格光栅传感器、先进复合材料结构、结构健康监测原理展开研究，提出利用光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating，FBG）传感器应变传感原理和非均匀反射谱变化特性进行损伤监测与主动变形监测的方法。主要研究内容如下：（1）光纤布拉格光栅非均匀反射谱重构算法研究方面：在经典龙格－库塔算法和传输矩阵算法的基础上，将

4、梯度因子引入传输矩阵算法中，获得了一种迭代速率高且跟踪应变场变化更为精准的改进传输矩阵算法。验证试验表明：改进传输矩阵算法迭代速率（提高4倍以上）和重构准确性有了明显提高。（2）变体机翼柔性蒙皮损伤监测研究方面：研究了复合材料波纹形柔性蒙皮在拉伸载荷下铺层损伤失效过程；进行有限元分析，预测了铺层失效次序和临界失效载荷；利用改进传输矩阵算法对预测失效铺层的临界失效光谱进行重构；提出以光纤布拉格光栅传感器非均匀反射谱反射峰变化监测复合材料波纹形柔性蒙皮渐进损伤的方法。静态拉伸实验结果表明：有限元分析铺层失效次序、对应临界光谱均与实验研究结果基本一致，临界

5、失效载荷最大误差为8.6%。研究了复合材料蒙皮－蜂窝芯结构拉伸载荷下的力学特性和失效过程；提出利用FBG传感器非均匀反射谱反射峰规律性变化模式监测复合材料蜂窝芯结构失效过程的方法。实验研究表明：复合材料蜂窝芯结构失效过程中存在着FBG反射谱规律性的变化，结合有限元分析和拉伸特性曲线，光谱变化规律可有效描述复合材料蜂窝芯结构失效过程。（3）复合材料柔性曲面变形监测与曲面重构研究方面：以FBG应变传感原理为基础，建立各传感器封装位置实时曲率变化与中心波长的对应关系；采用一种非视觉传感方法实时动态监测复合材料柔性蜂窝芯曲面结构的变形位置。验证试验表明：重构

6、曲面与实验视觉记录结果吻合且监测系统响应迅速。本文在FBG非均匀反射谱重构算法改进，光谱分析应用方面的探索，将FBG非均匀反射谱特性变化与复合材料结构损伤建立对应关系，为FBG传感器在新型复合材料蒙皮结构损伤监测研究提供了参考依据和研究基础；通过FBG应变传感原理建立曲面曲率与传感器中心波长的函数关系，为柔性曲面变形监测提供新的思路同时拓宽FBG传感器的应用范围。关键词：变体机翼蒙皮，光纤布拉格光栅，光谱分析，复合材料，损伤监测，变形监测本研究得到国家自然科学基金项目“基于智能柔顺变体机构的变体机翼基础研究”（项目批准号：51075207）和航空科学

7、基金项目“传感－驱动一体化的可变体机翼蒙皮集成特性研究”（项目批准号：2011ZA52013）的资助，具体工作完成于“机械结构力学及控制国家重点实验室”。I万方数据基于FBG光谱分析的变体机翼柔性蒙皮损伤监测技术研究AbstractInthispaper,themorphingwingaircraftisfocusedwhichisthefrontiersubjectforfutureaircraftdevelopment,anditsstartingpointisthenewdemandsofmorphingwingaircraftstructur

8、ehealthmonitoring,theresearchisasynthesisoffiberBraggg