埋入式光纤光栅复合材料结构冲击监测研究

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1、中图分类号TP212论文编号102870116-S098学科分类号080402硕士学位论文埋入式光纤光栅复合材料结构冲击监测研究研究生姓名史璐学科、专业测试计量技术及仪器研究方向智能传感技术与系统指导教师梁大开教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchontheImpactMonitoringofCompositeStructureswithEmbeddedFiberBraggGr

2、atingAThesisinMeasuringandTestingTechnology&InstrumentsByShiLuAdvisedbyProf.LiangDaKaiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书■Ｉ本人声明所呈交的硕丈学位论文是本人在导师指导下Ｌ：１进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加■标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机

3、构的学位或证书而使用过的材料。本人摄权南京航空航天大学可臥将学拉论丈的全部或部分内容编入有关数据库进行检崇、缩印或，可乘用影印扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适巧本承诺书）作者瓷名：节日期〇鄉：＞沁７南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着航空航天事业的高速发展，航空航天飞行器的服役环境越来越复杂，复合材料具有高比强度、良好的抗疲劳性、耐腐蚀性以及绝缘、热导率低等优点，在航空航天飞行器使用比重越来越重，其中复合材料蜂窝夹芯结构在飞行器上的使用非常广泛。但复合材料和复合材料蜂窝夹芯结构都对冲击载荷较敏感，当复合材料结构受到冲击载荷时，结构

4、易发生基体开裂、碳纤维断裂、碳纤维分层和蜂窝芯子塌陷等损伤，而这些损伤严重影响飞行器的安全性能和使用寿命，因此对航空航天飞行器进行健康监测与评估非常重要。光纤光栅传感器具有体积小、抗电磁干扰、灵敏度高、易于构建分布式传感网络并适合与复合材料一体化集成等独特优点在结构健康监测领域得到了广泛应用。因此，本文针对复合材料和复合材料蜂窝夹芯结构进行冲击监测研究，主要工作包括以下几个方面：首先，利用光纤光栅传感器易与复合材料一体化集成的特性，将光纤光栅传感器与复合材料蜂窝夹芯结构一体化集成，并提出相应的光纤光栅端口引出方式和论证了光纤光栅传感器存活率的方法，接着对埋入复合材料蜂窝夹芯结构的光纤光栅

5、进行静态加载和冲击载荷加载实验，对埋入式光纤光栅传感器的动静态敏感特性进行了研究。其次，利用复合材料蜂窝夹芯板结构，搭建了基于埋入式光纤光栅传感器网络冲击监测系统。利用埋入式光纤光栅传感器动静态敏感特性研究，对不同埋入层的光纤光栅传感器冲击响应信号和同一埋入层不同光纤光栅传感器冲击响应信号之间的共性和差异性进行分析，再提出了一种基于最大向量内积的冲击位置识别算法，初步实现了冲击载荷位置识别。最后，针对复合材料冲击载荷监测需求，构建了基于分布式光纤光栅传感网络冲击监测系统，利用EMD模态分解技术对冲击响应信号进行分解，对分解后的IMF分量提取出相应的分形盒维数作为冲击载荷特征量，提出了一种

6、基于EMD分形的冲击载荷位置识别方法，初步实现了冲击载荷位置识别。关键词：光纤光栅传感器，复合材料蜂窝夹芯结构，低速冲击监测，EMD分形，冲击定位本文工作得到国家自然科学基金项目（51275239）、江苏省产学研联合创新资金-前瞻性联合研究项目（BY2014003-01）；航空科学基金（20152852036）、CAST基金、上海航天科技创新基金（SAST2015062）、博士学科点专项科研基金项目（20123218110003）、江苏高校优势学科建设工程资助项目的资助。本文工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I埋入式光纤光栅复合材料结构冲击监测研究ABSTRAC

7、TWiththerapiddevelopmentoftheaerospaceindustry,aircraftserviceenvironmenthasbecomemoreandmorecomplex.Someadvantagesofcompositematerialsaregoodfatigueresistance、corrosionresistance、insulationandlowthermalconductivityetc