基于光纤传感技术的结构热属性与变形监测方法研究

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1、中图分类号：TP212论文编号：102870118-S113学科分类号：080402硕士学位论文基于光纤传感技术的结构热属性与变形监测方法研究研究生姓名周林学科、专业测试计量技术及仪器研究方向光纤结构健康监测指导教师梁大开教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringMonitoringMethodofStructureThermalPropertiesandDeforma

2、tionBasedonOpticalFiberAThesisinMeasuringandTestingTechnology&InstrumentsbyZhouLinAdvisedbyProf.LiangDakaiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018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

3、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、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：南京航空航天大学硕士学位论文摘要航空航天结构在多物理场耦合复杂环境下长期服役，容易受到极端温度和外力作用的影响，诱发结构形态变化，从而导致结构的安全性和可靠性下降。因此，开展针对结构热属性监测和变形监测研究具有重要意义。为此，本文提出研究基于光纤传感技术的结构热属性监测方法和结构形态感知与重构算法，为结构健康状态的实

4、时监测与分析提供支持。主要研究工作包括以下几个方面：首先，研究了光纤光栅传感网络与目标测量结构的集成方法。采用植入式胶接方法构建了基于分布式光纤传感器的碳纤维复合材料和铝合金板胶接结构感知系统，为后续植入式方法应用于航空航天器胶接结构状态监测提供了基础。其次，针对空间结构受到热循环载荷作用而影响航天器功能与安全的情况，开展了基于分布式光纤光栅传感器的铝合金板结构热应变和热变形测量技术研究。在此基础上，提出了一种基于光纤应变转换矩阵的铝合金板热膨胀系数计算方法，并验证了方法的可行性。再次，研究了基于分布式光纤传感器的碳纤维复合材料板结构热应变测量技术。在热应变监

5、测基础上，通过光纤应变转换矩阵计算碳纤维复合材料板结构热膨胀系数，实现高低热循环载荷下碳纤维复合材料板结构热属性监测。最后，根据航空航天结构变形感知和实时监测需求，研究了基于正交曲率的空间曲面重构算法。通过数值模拟和试验分别验证了算法应用于薄板结构变形监测的可行性，同时，开发了基于LabVIEW的三维形态实时监测可视化系统，进而实现板结构变形健康实时监测与分析。关键词：光纤光栅传感器，集成方法，板结构，热属性，变形重构，实时监测本文得到国家自然科学基金项目（U1537102）、航空科学基金（20152852036）、中央高校基本科研专项资金（NS2016004

6、）、机械结构力学及控制国家重点实验室（南京航空航天大学）（MCMS-0516K01）、上海航天科技基金（SAST2015062）的资助。本文工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点试验室完成。I基于光纤传感技术的结构热属性与变形监测方法研究ABSTRACTUnderthecomplexenvironmentofmultiplephysicalfieldservingforalongtime,itiseasyforAerospacestructurestobeaffectedbyextremetemperatureandexternalforces,wh

7、ichcaninducestructuralchanges,resultinginadecreaseinthesafetyandreliabilityofthestructure.Therefore,itisofgreatsignificancetocarryoutresearchonthethermalpropertiesanddeformationmonitoringofstructures.Thus,thispaperstudiesthestructuralthermalpropertymonitoringmethodandstructuralforms

8、ensingandreconstruc