基于智能材料的結構健康監(jiān)測技術

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 智能材料結構概述 1
1.2 光纖傳感器 2
1.2.1 光纖傳感器的原理、特點及分類 2
1.2.2 光纖傳感器的應用及發(fā)展現狀 3
1.3 光纖光柵傳感器 4
1.3.1 光纖光柵傳感器的特點 4
1.3.2 光纖光柵傳感器的應用及發(fā)展現狀 4
1.3.3 光纖光柵傳感技術中存在的主要問題 5
1.4 全分布式光纖傳感器 6
1.4.1 全分布式光纖傳感器的特點 7
1.4.2 全分布式光纖傳感技術的應用 8
1.4.3 全分布式光纖傳感技術的發(fā)展方向 11
1.5 智能材料結構在結構健康監(jiān)測中的應用 12
參考文獻 13
第2章 光纖布拉格光柵傳感技術 15
2.1 概述 15
2.2 光纖光柵的傳感原理及理論分析 16
2.2.1 光纖光柵的耦合模理論 16
2.2.2 光纖光柵應變傳感原理及應變靈敏度的理論分析 20
2.2.3 光纖光柵溫度傳感原理及溫度靈敏度的理論分析 21
2.3 低頻高靈敏度FBG加速度傳感器 22
2.3.1 FBG的基本特性 22
2.3.2 一般振動模型 22
2.3.3 傳感器結構參數分析及優(yōu)化 25
2.3.4 傳感器結構設計與理論計算 30
2.3.5 傳感器傳感特性試驗驗證 39
2.4 位移型FBG傾角傳感器 55
2.4.1 基本傳感原理 55
2.4.2 結構設計與數值分析 56
2.4.3 傳感特性驗證 63
參考文獻 69
第3章 全分布式光纖傳感技術 71
3.1 概述 71
3.2 全分布式光纖傳感原理及分析 71
3.2.1 光纖中的自發(fā)散射譜 71
3.2.2 全分布式光纖傳感技術的主要參數 72
3.2.3 光纖中的布里淵散射原理和傳感機制 74
3.2.4 光柵溫度-應變交叉靈敏度的理論分析 82
3.3 基于FBG的全分布式精確定位方法 83
3.3.1 基于FBG的時域定位方法原理 83
3.3.2 FBG與布里淵信號耦合特性 85
3.3.3 環(huán)境溫度及空間分辨率對定位精度的影響 87
3.4 基于FBG的布里淵分布式位移傳感器 92
3.4.1 基于FBG的布里淵分布式位移傳感原理 93
3.4.2 1#位移傳感器的傳感特性 95
3.4.3 2#位移傳感器的傳感特性 98
參考文獻 101
第4章 基于光纖傳感的智能材料結構設計理論 103
4.1 概述 103
4.2 基于光纖傳感的智能材料結構特點及發(fā)展現狀 103
4.3 光纖植入復合結構材料的基本原理 104
4.4 光纖與纖維增強復合材料界面性能 105
4.4.1 剪滯分析模型 105
4.4.2 黏結區(qū)應力分量的求解 106
4.4.3 裸纖界面數值分析 109
4.5 智能結構中傳感系統(tǒng)的要求與設計 113
4.5.1 復合材料與光柵傳感器復合模型及分析 113
4.5.2 傳感器結構界面數值分析 114
4.5.3 傳感器的尺寸設計 121
參考文獻 125
第5章 基于光纖智能材料結構的智能拉索監(jiān)測方法 126
5.1 概述 126
5.2 智能拉索的結構及功能設計 126
5.2.1 鋼索（筋）結構 126
5.2.2 斜拉索的功能設計 127
5.3 復合材料的成型工藝 128
5.4 增強復合材料智能拉索絲的制備 129
5.4.1 試驗設計 129
5.4.2 FBG的復合工藝研究 131
5.5 混雜纖維增強復合材料的力學性能 134
5.5.1 力學性能樣品制備及分析 134
5.5.2 SEM掃描樣品制備及分析 136
5.5.3 光柵傳感器與復合材料的界面黏結分析 139
5.6 智能拉索絲的傳感特性 141
5.6.1 試驗系統(tǒng) 141
5.6.2 傳感特性分析 142
參考文獻 146
第6章 基于智能支座的橋梁結構健康監(jiān)測方法 147
6.1 概述 147
6.2 智能支座應變放大原理與結構設計 148
6.2.1 支座結構力學分析 148
6.2.2 基于變截面的環(huán)向應變放大原理 150
6.2.3 變截面球形支座的結構設計 150
6.3 球形支座的仿真分析 153
6.3.1 變截面放大器結構參數影響分析 153
6.3.2 豎向荷載下原尺寸球形支座的有限元分析 157
6.3.3 壓轉荷載下原尺寸球形支座的有限元分析 165
6.3.4 不同工況下的球形支座的有限元分析 172
6.4 環(huán)向分布式光纖與球形支座的復合工藝研究 193
6.4.1 傳感元件與支座結構的復合設計 193
6.4.2 FBG復合工藝 193
6.5 變截面支座模型傳感特性 196
6.5.1 試件制作與試驗 196
6.5.2 變截面厚度對支座模型傳感特性的影響 199
6.5.3 變截面直徑對支座模型傳感特性的影響 200
6.5.4 傳感器的工作范圍 202
6.6 實際變截面支座傳感特性 204
6.6.1 試件尺寸與試驗 204
6.6.2 變截面直徑為275mm的支座 207
6.6.3 變截面直徑為315mm的支座 211
6.6.4 無變截面結構支座 213
參考文獻 215
第7章 基于螺旋分布式光纖的錨索腐蝕長期監(jiān)測方法 217
7.1 概述 217
7.2 基于螺旋分布式光纖的錨索均勻腐蝕監(jiān)測原理 219
7.2.1 腐蝕膨脹厚壁圓筒模型分析 219
7.2.2 基于螺旋分布式光纖的錨索腐蝕監(jiān)測原理 220
7.2.3 環(huán)向光纖應力的影響參數分析 222
7.3 螺旋分布式光纖的*率研究 223
7.3.1 螺旋纏繞角對螺旋分布式光纖傳感器性能的影響 224
7.3.2 彎**率對螺旋分布式光纖傳感器性能的影響 226
7.4 螺旋分布式光纖應變與腐蝕率的理論數學模型 228
7.4.1 鋼筋銹脹力與腐蝕率關系的理論分析 228
7.4.2 螺旋光纖纏繞參數與光纖應變的理論分析 231
7.5 鋼筋混凝土結構的鋼筋腐蝕規(guī)律 232
7.5.1 試驗方案 232
7.5.2 鋼筋銹脹規(guī)律 234
7.5.3 墊層厚度對螺旋分布式光纖應變的影響 238
7.5.4 鋼筋腐蝕長度對螺旋分布式光纖應變的影響 242
7.5.5 光纖應變與結構損傷的關系 243
7.5.6 鋼筋腐蝕的損傷定位規(guī)律 244
7.6 復合式錨索長期監(jiān)測模型試驗 248
7.6.1 預應力錨索腐蝕長期監(jiān)測驗證平臺的搭建 248
7.6.2 電加速腐蝕試驗 249
7.6.3 結果分析與討論 250
參考文獻 253
第8章 基于軸向分布式光纖的錨索腐蝕長期監(jiān)測方法 254
8.1 概述 254
8.2 基于軸向分布式光纖的錨索腐蝕監(jiān)測原理 254
8.2.1 預應力錨索腐蝕損傷監(jiān)測思路 254
8.2.2 預應力錨索腐蝕損傷表征參數 256
8.2.3 腐蝕率測試范圍 258
8.2.4 預應力錨索腐蝕損傷數學模型的推導 261
8.2.5 試件的設計及制作 262
8.3 基于軸向分布式光纖的預應力錨索腐蝕損傷的監(jiān)測方法 265
8.3.1 試驗方案 265
8.3.2 結果分析與討論 268
8.4 光纖植入纖維增強復合材料的性能 275
8.4.1 FBG智能纖維復合材料的微觀力學與界面性能 275
8.4.2 界面的疲勞特性 279
參考文獻 280