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基于光纤光栅的缆索智能结构研究及应用
| 论文题名： | 基于光纤光栅的缆索智能结构研究及应用 |
| 关键词： | 智能材料;智能结构;缆索;结构检测;安全性检测;光纤光栅;敏感元件;斜拉桥 |
| 摘要： | 为了及时获得结构健康状况的信息，必须建立长期安全监测系统。智能材料结构的发展，为结构健康监测的实现提供了新的思路，显示出特有的生命力。对于缆索结构的检测，传统无损检测方法已不能满足对其安全性进行全面、实时评估的要求。因此，结合智能材料结构的新思想，本文提出了采用光纤光栅作为敏感元件的缆索智能结构，并围绕其关键技术进行深入研究，主要工作如下： 1.提出了基于光纤光栅的缆索智能结构的概念，并对该智能结构的传感元件——光纤光栅的传感特性进行了研究。首先从光纤光栅的理论模型出发，对光纤光栅的应变传感机理进行了较系统的理论分析与研究，分析了温度对应变传感特性的影响，提出了适合缆索智能结构的温度补偿方法，并通过试验进行了验证。 2.针对缆索结构的特点，提出采用缆索张力和应变模态来诊断缆索损伤的思想，并基于此设计制作了两种形式的缆索智能结构。研究了使用缆索智能结构实现缆索张力及模态监测的理论和方法；对这两种智能结构的设计原理、材料及结构形式选择等方面进行了详细的研究；对所设计的缆索智能结构的传感系统进行了试验标定。结果表明，该传感器具有结构简单、线性度和重复性好等特点。 3.为了使结构能够识别、判断自身及外界状态，完成了缆索智能结构中信号采集与处理部分的软硬件设计，并对缆索智能结构实现远程监测的数据传送方式进行了研究。试验证明，所设计的数据采集和处理系统已初步具备了实验室使用的条件。 4.建立了缆索理论模型，采用有限元法对缆索的动力特性及动力响应进行了分析；设计并研制了缆索测试模型，使用缆索智能结构对缆索的静、动态特性进行了测试，并与传统测试方法及理论值进行了对比。结果表明，基于光纤光栅的缆索智能结构能够准确测得缆索张力及振动频率值，能正确测得缆索的应变模态振型。 5.以荷麻溪特大桥为例，研究了基于光纤光栅的缆索智能结构在斜拉桥拉索健康监测中的应用，对其关键技术进行了设计；仿真证明了通过测量斜拉索损伤前后的应变模态能够很好地识别斜拉索的损伤，给出了保证测量精度的振型阶数及测点布置方法。 |
| 作者： | 张戌社 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杜彦良 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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