智能自适应系统的研究与应用

论文摘要

智能材料与结构是一个具有感知、驱动和控制等功能的智能化的材料系统。智能材料与结构代表了材料科学的最活跃方面和最先进发展方向,成为科学界研究的热点。光纤光栅智能结构近年发展较快,它有效克服了当前常规传感系统在长期稳定性、耐久性和分布范围方面的不足,最有希望满足航空航天的技术要求,具有传统技术无法比拟的优势。本文在简要介绍光纤光栅研究现状、基本理论等的基础上,重点研究了基于长周期光栅的光纤布拉格光栅的动态解调原理及实现方案,对光路,光电转换调理电路,信号采集处理部分做了详细叙述。利用该套系统进行一系列实验,论证了系统的可行性和稳定性。采用分布式光纤光栅应变传感网络,利用商用高速解调仪,将其用于碳纤维复合材料薄板结构的冲击试验。试图实现基于光纤智能传感网络的自诊断系统。多年来飞机设计师一直期望不使用舵面,直接依靠机翼变形来该面空气动力进行飞行操纵,以获得最佳气动性能,这种外形和弯度可根据任务需要而改变的柔性机翼驱动材料一般使用形状记忆合金。本文研究了形状记忆合金的基本力学性能,主动变形结构模型,根据形状记忆合金的应用特点,试图研究在翼面中埋入智能驱动元件并根据飞行器的飞行状况及飞行控制的需要来改变翼面的形状,设计制作了柔性机翼的实物模型,并对相关参数进行测试。有研究表明该模型变形后可以增大模型的失速攻角,减小了降落的滑跑距离并有效的增加飞行器的纵向稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 智能材料
• 1.3 智能材料与结构
• 1.4 智能材料与结构的国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 智能材料与元件概述
• 1.5.1 光纤传感器
• 1.5.2 形状记忆合金驱动器
• 1.5.3 其他典型智能材料
• 1.6 本文主要内容及研究意义
• 1.6.1 本文研究意义
• 1.6.2 本文主要工作
• 1.7 本章小结
• 第二章 光纤智能材料理论和工作原理
• 2.1 光纤BRAGG 光栅耦合模分析
• 2.1.1 折射率调制和耦合系数
• 2.1.2 耦合模方程及其解析解
• 2.2 光纤BRAGG 光栅传感原理
• 2.2.1 光纤布拉格光栅的温度传感原理
• 2.2.2 光纤布拉格光栅的应变传感原理
• 2.3 光纤光栅解调技术的研究
• 2.3.1 滤波法
• 2.3.2 干涉扫描法解调
• 2.4 光纤传感网络与多路复用技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 光纤传感动态解调系统的搭建和实验
• 3.1 基于长周期光栅边缘滤波的解调原理
• 3.2 解调系统的搭建
• 3.2.1 光路系统介绍
• 3.2.2 调理电路系统介绍
• 3.2.3 数据采集
• 3.3 双光栅边缘滤波温度实验
• 3.4 电涡流微位移传感器对比实验
• 3.5 振动监测实验
• 3.6 冲击监测实验
• 3.7 本章小结
• 第四章 形状记忆合金智能材料原理及应用
• 4.1 形状记忆合金智能材料原理
• 4.1.1 形状记忆合金基本概念
• 4.1.2 形状记忆合金的本构关系
• 4.1.3 形状记忆合金的触发方式
• 4.2 形状记忆合金在微型飞行器中的应用
• 4.2.1 研究背景
• 4.2.2 智能结构的设计和制作
• 4.2.3 形状记忆合金智能驱动结构性能测试
• 4.3 本章小结
• 第五章 全文总与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的学术论文