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适用于船体结构健康监测的FBG传感器应用研究
| 论文题名： | 适用于船体结构健康监测的FBG传感器应用研究 |
| 关键词： | 船体结构;健康监测;光纤Bragg光栅;应变花传感器;数值仿真 |
| 摘要： | 船舶作为国际贸易往来的主要运输工具，航行环境复杂而又恶劣，长期承受海浪冲击和海水腐蚀。这将导致船体结构的抗力强度减弱，从而影响船体结构的安全、货物的运输，甚至威胁到人的生命安全。 应变作为反映船体材料和船体结构力学特征的重要参数之一，从材料和结构中的应变分布情况能够得到船体主要构件的强度储备信息，确定船体构件局部位置的应力集中以及船体构件所承受的实际载荷状况。早在1994年5月，IMO（海上安全委员会）就曾推荐安装船体应力监测系统，以提高货船的安全性能。 光纤Bragg光栅传感器以波长为编码，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、复用能力强、灵敏度高等优点，用于船体结构健康监测具有传统传感器无法比拟的优势。 本文通过对船舶基本结构特点、船体结构的受力特点分析，依据传感器的设计准则，利用光纤Bragg光栅的复用技术，设计了一种带温度补偿的光纤Bragg光栅应变花传感器，并从理论、数值仿真和试验几个方面进行了研究。 首先，依据传感器的设计原则，设计了适用于测量或监测船体结构平面应力应变状态的光纤Bragg光栅应变花传感器，并选择相邻光栅法来消除温度变化对应变测量的影响。 其次，选择TC4钛合金作为基底材料，选择双组分的环氧树脂胶作为胶黏剂;并利用Ansys11.0软件，建立了光纤Bragg光栅应变花传感器的应变传递效率模型，分析了基底材料的尺寸对传递效率的影响，并优选出光纤Bragg光栅应变花传感器的最佳尺寸和形式。 最后，对光纤Bragg光栅应变花传感器进行了理论分析和试验研究。理论分析主要包括平面应力应变状态分析、温度补偿分析和横向效应修正分析，试验研究包括应变标定试验、温度补偿验证试验与疲劳特性试验。研究发现，传感器具有良好的轴向线性度、灵敏度、回复性以及长期稳定性;对于应变花传感器，考虑温度补偿与横向效应是必要的，相邻光栅法进行温度补偿方式是有效的。由此证明，该传感器适合船体结构的长期健康监测。 |
| 作者： | 唐广宇 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 严仁军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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