机械结构分布式光纤应变与变形监测可视化技术研究

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1、中图分类号TP391论文编号102870116-S119学科分类号0804硕士学位论文机械结构分布式光纤应变与变形监测可视化技术研究研究生姓名王馨学科、专业仪器科学与技术研究方向精密传感与驱动技术指导教师曾捷副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonVisualizationTechnologyofstrainanddeformationmonito

2、ringofthemechanicalstructurebasedonFiberBraggGratingAThesisinIntelligentMonitoringandControlByWangXinAdvisedbyAssociateProf.ZengjieSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2015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

3、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、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应变、变形和温度是表征机械结构服役状态的重要物理参量，本文采用分布式光纤传感技术实现对机械结构服役过程的应变、变形以及温度变化等信息的实时采集与特征提取。在此基础上，借助计算机图形三维可视化技术，把所采集的相关物理参量转换为三维图形和动画

4、形式进行直观动态展示。此外，论文还研究了基于光纤光栅原理的温度增敏封装和结构热膨胀系数测量方法。主要研究内容如下：（1）研究了基于Qt和OpenGL的三维可视化技术，采用面向对象的编程思路，分别给出了梁结构与薄板结构在不同加载条件下的应变监测与可视化实现方法。（2）建立了基于铝合金压力容器结构的三维CATIA模型，将三维模型数据进行转化和代码移植，完成模型的有效导入和形态控制。构建了分布式光纤光栅传感系统，编写了数据采集与通信程序，实现对压力容器关键区域应变场监测与动态显示。（3）研究基于OpenGL的三维可视化技术，建立大展弦比机翼结构三维模型。将分布式光纤光栅

5、传感网络采集的翼面应变信息转换为曲率信息，并重构出表征翼面形态特征的曲线和曲面。利用OpenGL技术将重建曲面信息可视化，实现机翼模型变形状态的实时显示。（4）根据材料热胀冷缩特性，设计了一种L形温度增敏封装结构，实现对光纤光栅传感器温度灵敏度的有效提升。在此基础上，提出了一种能够抵消环境温度变化的类似倒T形封装形式，借助光纤光栅所采集数据反推出结构变形特征，进而计算出被测材料热膨胀系数。关键词：光纤光栅传感器，OpenGL，应变，变形，可视化本文工作得到国家自然科学基金项目（51275239）、航空科学基金（20152852036）、江苏省产学研联合创新资金(B

6、Y2014003-01)、CAST基金、上海航天科技创新基金（SAST2015062）、CAST-BISEE创新基金的大力资助。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实验室完成。I机械结构分布式光纤应变与变形监测可视化技术研究ABSTRACTStrain,deformationandtemperaturearetheimportantphysicalpropertiesofthemechanicalstructureduringtheservicestatus.Theresearchworksontheinformationofthestrain,d

7、eformationandtemperatureinareal-timeacquisitionandfeatureextraction.,whichismeasuredonthemechanicalstructurebythefiberBragggratingsensor,andbasedontheresearchon3Dvisualizationofcomputergraphics,therelevantphysicalparameterscollectedinto3Dgraphicsandanimationvisualdynamicdisplay.Inaddi

8、tion,