基于光纤光栅传感的薄板应力波检测技术

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:corbet2003
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近年来,随着工业技术的发展,板状材料被广泛应用于工程结构、航空航天、造船以及建筑装饰等领域。而板状材质作为大型机械的部件,在使用过程中经常会受到外力的冲击碰撞等作用,从而导致材质受损,或者因长期使用而老化,因此有必要对其进行高质量的力学检测,以满足工程需要、避免财产损失,甚至人员伤亡。传统的电磁式传感技术已满足不了高精度的要求,光纤光栅作为一种新型传感器,具有电磁式传感器无法比拟的优点,其质量轻、体积小、精度高、且不受电磁感受、适合在恶劣环境下工作,因此在实际工程中的应用也越来越广泛。应力波信号遇到裂纹、分层等缺陷时,会发生反射、散射和透射,且信号中携带大量缺陷信息,通过探测、分析该信号,可查明结构性能的好坏,从而为结构优化提供依据。本文基于ANSYS/LS-DYNA有限元仿真,对板在受冲击时形成的应力波进行了分析,并对其进行实验测量。本文研究的主要内容包括以下几个方面:1、首先介绍了板中应力波的种类以及超声应力波,简述了光纤光栅的发展概况、应用现状以及信号解调方法,全面介绍了薄板应力波检测的研究现状。2、系统分析了光纤光栅的工作原理和传感特性。分别分析了无限薄板和有限薄板中应力波的形成及传输;还分析了薄板应力波遇到不同介质时的反射和折射,最后简介了薄板中的塑性应力波。3、利用ANSYS软件建立薄板与冲击杆模型,并对其进行动力仿真分析,得到了板受冲击后的应力分布情况,在仿真过程中改变冲击杆的尺寸、冲击速度以及板的材料属性和板厚,观察测得的应力时程。同时根据仿真结果,确定板表面应力波检测节点。4、搭建冲击装置,利用光纤光栅应变传感器对板中应力波进行检测。改变冲击杆尺寸、冲击速度以及板的材料等参数,监测应力波的变化情况,记录节点处的应变时程,得到了与仿真基本一致的结果。最后利用超声激励-光纤光栅检测技术对铝合金板中的裂缝进行检测,根据示波器显示信息,判断裂缝位置。
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