论文题目: 光纤光栅智能材料与结构理论和应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料学
作者: 梁磊
导师: 姜德生
关键词: 智能材料与结构,光纤光栅传感器,重大工程结构,结构健康监测,应变传递,界面力学分析,长期稳定性,系统集成
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 材料与结构的智能化是21世纪具有挑战性的课题。利用智能材料与结构技术解决重大工程结构在整个生命周期内的健康监测和安全评估问题,是一个世界性的研究热点,具有重大的社会意义和经济价值。“结构健康监测”是智能材料与结构发展与综合的象征,是高新技术开发与集成的标志,也是现代结构实验技术的集中体现。研究开发在长期稳定性上满足工程要求的传感元件、发展新型光纤光栅智能材料结构系统是从根本上实现结构健康监测的核心工作之一。 本论文在国家自然科学基金、国家863计划和湖北省重点攻关项目的支持下,在导师的悉心指导下,从基础理论、基本实验、工程应用上研究了光纤光栅智能材料与结构的理论和应用技术,从材料、构件、结构等方面探讨了用于重大工程结构的光纤光栅传感器的制备技术、光纤光栅传感网络设计技术和系统集成技术。目的是研制出光纤光栅应变、温度和压力等传感器及其所构成的健康监测系统,并实现在重大工程建设中的应用。本论文的相关研究工作历时五年,多项研究成果通过相关的成果鉴定,并已在多个重大工程项目上获得实际应用,成为国家科技进步二等奖的部分内容。 本文主要内容包括:光纤光栅的智能传感机理,稳定、可靠的光纤光栅传感元件和多参量光纤光栅传感器的研制,光纤光栅智能材料与结构系统及其自诊断功能实现方法的研究,以及“结构健康监测”在重大工程中的应用研究等。 一、对智能材料与结构、智能材料与结构中的传感技术、光纤光栅传感技术的研究现状和发展趋势进行了回顾和展望,探讨了光纤光栅智能材料与结构的基本概念和构成方式。 二、从光纤光栅光敏性的研究出发,对光纤光栅的传输理论和基本智能传感特性进行了理论推证,分析了光纤光栅的传感机理。从传感用光纤光栅的要求出发,通过对载氢、光栅结构参数、光刻条件和退火工艺对光纤光栅光谱特性影响理论和实验的研究,总结出有关制备具有长期稳定性光纤光栅传感元件较理想的技术和工艺条件。 三、基于智能材料与结构的相容性要求,通过对光纤光栅/传感器/待测界面应变传递特性、光纤光栅复合弹性体结构的理论研究和分析,形成基于应变传递效率的光纤光栅应变传感器的基本设计方法。总结了基于热、力耦合作用加速检验光纤光栅传感器长期稳定性的新方法。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 智能材料与结构概述
1.1.1 研究背景
1.1.2 智能材料与结构系统的概念与特点
1.1.3 国内外研究现状
1.2 智能材料与结构中的传感技术
1.2.1 光纤传感器
1.2.2 其它传感材料和元件
1.2.3 各类典型传感材料和元件比较
1.3 光纤光栅传感技术
1.3.1 光纤光栅传感原理
1.3.2 光纤光栅传感技术研究现状
1.4 本文主要内容
第2章 光纤光栅智能材料的传感机理
2.1 光纤光栅基本理论
2.1.1 耦合模理论
2.1.2 均匀Bragg光栅的理论模型
2.2 光纤光栅传感机理
2.2.1 应变传感模型
2.2.2 温度模型
2.2.3 应变—温度耦合模型
2.3 光纤光栅解调技术
2.3.1 非平衡Mach-Zehnder(M-Z)干涉检测
2.3.2 可调谐光纤Fabry-Perot(F-P)滤波法
2.3.3 匹配光纤Bragg光栅滤波解调
2.4 本章小结
第3章 光纤光栅传感元件的研究
3.1 载氢条件对光纤光栅性能的影响
3.1.1 光纤光敏性及其微观机理
3.1.2 光纤的载氢增敏及其理论模型
3.1.3 载氢条件对光纤光栅性能影响实验
3.2 光纤光栅特性以及制作工艺
3.2.1 传感用光纤光栅的特点和制作要求
3.2.2 光纤光栅的制作方法
3.2.3 光纤光栅制作的理论研究
3.3 退火工艺及稳定性评价
3.3.1 光纤光栅衰退模型
3.3.2 光纤光栅退火实验
3.4 光纤光栅机械性质
3.5 本章小结
第4章 多参量光纤光栅传感器的研制
4.1 光纤光栅应变传感器
4.1.1 应变传感的细观力学和应变传递
4.1.2 粘贴式光纤光栅应变传感器
4.1.3 埋入式光纤光栅混凝土应变传感器
4.1.4 混凝土表面式光纤光栅应变传感器
4.1.5 光纤光栅应变式索力传感器
4.2 光纤光栅温度传感器
4.2.1 传感器结构
4.2.2 光纤光栅温度传感器性能试验
4.3 其它参量光纤光栅传感器
4.4 光纤光栅传感器结构试验
4.4.1 粘钢加固梁柱中节点抗震性能的试验
4.4.2 实验结果分析与讨论
4.5 光纤光栅传感器长期稳定性
4.5.1 传感器稳定性影响因素分析
4.5.2 传感器稳定性试验
4.5.3 试验结果及分析
4.6 本章小结
第5章 光纤光栅智能材料与结构的初步设计与实现
5.1 光纤光栅智能材料与结构的基本原理
5.2 光纤光栅复用传感网络系统的理论
5.2.1 光纤光栅波分复用技术
5.2.2 光纤光栅空分复用技术
5.3 光纤光栅传感阵列
5.3.1 光纤光栅传感阵列系统的工作原理
5.3.2 光纤光栅传感阵列系统的设计
5.4 基于光纤光栅传感阵列的四边简支板损伤识别实验
5.4.1 四边简支板应变分布的有限元分析
5.4.2 光纤光栅传感阵列的研制
5.4.3 实验装置的设计
5.5 基于光纤光栅传感阵列的BP神经网络结构
5.5.1 学习样本的提取和有效数据的处理
5.5.2 神经网络拓扑结构的确定
5.6 基于光纤光栅传感阵列的BP神经网络对四边简支板的损伤识别
5.6.1 BP神经网络的程序流程图
5.6.2 BP神经网络参数的学习训练
5.6.3 基于光纤光栅传感阵列的BP神经网络应用
5.7 智能健康监测和损伤诊断系统的实现
5.8 本章小结
第6章 光纤光栅智能材料与结构在重大工程结构安全监测的应用
6.1 长江二桥结构应变/温度安全监测系统
6.1.1 工程背景系统构成
6.1.2 结构应变/温度安全监测系统构成
6.1.3 桥梁结构应变/温度光纤光栅监测系统检验测试的策略
6.1.4 系统温度测试的结果及分析
6.1.5 应变系统测试的结果及分析
6.1.6 结构应变/温度光纤光栅监测系统检验测试的结论
6.2 冷饭盒大桥施工监测系统
6.2.1 桥梁的测试截面的分布和布设工艺
6.2.2 桥梁悬拼过程监测效果
6.2.3 成桥试验的监测
6.3 大型钢吊车梁的复杂应力状态监测
6.4 预应力结构的安全监测
6.4.1 水布垭工程锚杆上的应用
6.4.2 在锚索预应力监测的应用
6.5 光纤光栅渗压传感器在实际工程中的应用
6.5.1 工程概况
6.5.2 光纤光栅渗压传感器的布设及安装
6.5.3 工程测试及结果分析
6.6 本章小结
全文总结
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2006-06-28
参考文献
- [1].微纳粒子的定向性与热导率可控的热智能材料研究[D]. 董若宇.清华大学2016
- [2].基于光纤光栅和小波包分析的智能材料与结构损伤识别研究[D]. 信思金.武汉理工大学2005
- [3].光纤光栅智能材料、结构的研究与应用[D]. 符晶华.武汉理工大学2006
- [4].通过胺—烯反应构建聚硅氧烷智能材料[D]. 李树生.山东大学2017
- [5].基于电阻法碳布增强环氧树脂复合材料损伤自诊断的研究[D]. 谢小林.武汉理工大学2010
- [6].二茂铁基和（或）偶氮苯基化合物及其嵌段共聚物的合成及性能研究[D]. 李超.浙江大学2015
- [7].掺杂二氧化钒相变机敏材料的X射线吸收精细结构研究[D]. 谭潇刚.中国科学技术大学2017
- [8].多功能剪切变硬胶复合材料的研制与性能研究[D]. 王胜.中国科学技术大学2017
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