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基于光纤光栅传感器的钢轨动静态应变监测研究
| 论文题名： | 基于光纤光栅传感器的钢轨动静态应变监测研究 |
| 关键词： | 钢轨结构;动静态应变;状态监测;光纤光栅传感器;数值模拟 |
| 摘要： | 钢轨是铁路运输系统的基础,及时准确获取钢轨结构动静态应变分布,可以得到大量关于铁路系统健康状况的信息。传统轨道监测设施受到外部因素影响,降低了监测系统的可靠性,可能会给铁路系统安全运行带来负面影响。而光纤光栅传感器具有体积小、制作简单、抗电磁干扰、灵敏度高、绝缘性好等优点,能够在极端工作环境下依然保持良好稳定工作状态。因此将光纤Bragg光栅传感器应用于未来高速铁路长距离状态监测中,具有广阔应用前景。本文研究内容分为以下几部分: 首先,详细阐述了钢轨结构健康监测的重要研究意义,着重介绍了目前钢轨结构健康监测技术与光纤传感技术的研究与应用现状。 其次,根据光纤光栅传感特性,结合材料力学理论对钢轨结构进行力学仿真。数值模拟得到多种承载工况下轨道受力特征,并以此为依据选择钢轨关键位置布设光纤传感器。在此基础上,通过构建分布式光纤Bragg光栅传感网络,获得关键位置加载时光纤光栅中心波长变化趋势,进而实现对钢轨静态承载条件下的结构力学特征监测。 再次,采用 ANSYS有限元分析软件对钢轨在动态加载条件下结构力学响应特性进行了数值仿真,得到固有频率与动态应变特征曲线。在此基础上,构建分布式光纤光栅应变监测系统,通过冲击加载和循环加载,获得了钢轨在不同动态加载条件下,各关键区域光纤光栅传感器的动态应变响应特性,实验结果与数值仿真趋势相仿。 最后,设计了钢轨分布式光纤动静态应变监测系统应用软件。基于虚拟仪器设计思想,利用 LabVIEW图形化编程语言,实现光纤光栅解调仪与上位机的数据传输功能,编写了基于光纤光栅传感器的钢轨动静态应变监测人机交互界面及相关功能模块。 |
| 作者： | 李继峰 |
| 专业： | 测试计量技术及仪器 |
| 导师： | 曾捷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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