基于長(zhǎng)標(biāo)距布拉格光柵傳感技術(shù)的損傷識(shí)別研究.pdf

1、對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)實(shí)施健康監(jiān)測(cè)與診斷是一個(gè)非常重要的問題。然而，作為健康監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要組成部分，傳感測(cè)試技術(shù)需要滿足長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性的要求。但傳統(tǒng)傳感器的布置多表現(xiàn)為“點(diǎn)多面廣”，而且其穩(wěn)定性、耐久性以及對(duì)損傷的敏感性也不能完全滿足對(duì)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的需要。鑒于此，本文研究了一種新型的長(zhǎng)標(biāo)距分布式布拉格光柵(FBG)傳感器，該傳感器具有長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高靈敏度和長(zhǎng)標(biāo)距等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)研究了與其配套的損傷識(shí)別方法，即東南大學(xué)徐趙東教授提出的基于應(yīng)變能量的損傷識(shí)

2、別方法。并通過對(duì)一懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力損傷識(shí)別試驗(yàn)，以及對(duì)一大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力損傷識(shí)別數(shù)值分析，驗(yàn)證了該長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器和基于應(yīng)變的能量損傷識(shí)別方法在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷識(shí)別方面具有良好的適用性。 本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下： (1)封裝后的FBG應(yīng)變傳感器測(cè)量的是標(biāo)距內(nèi)的平均應(yīng)變，經(jīng)過標(biāo)定發(fā)現(xiàn)封裝后的傳感器有良好的線性關(guān)系。試驗(yàn)中通過對(duì)結(jié)構(gòu)施加一初始位移使結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)，提取結(jié)構(gòu)上點(diǎn)或單元的時(shí)程應(yīng)變數(shù)據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。通

3、過識(shí)別結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)程數(shù)據(jù)經(jīng)過傅立葉變換后能較好地反映出結(jié)構(gòu)的一階頻率，但高階頻率因結(jié)構(gòu)主要以一階自振頻率振動(dòng)而不能有所體現(xiàn)，所以本實(shí)驗(yàn)中通過頻率改變來識(shí)別損傷效果不理想。 (2)應(yīng)變數(shù)據(jù)在實(shí)際工程中可以由應(yīng)變傳感器直接得到，因此可以避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差，而且基于應(yīng)變的能量方法無需考慮激勵(lì)力的作用，并能避免了復(fù)雜的振型求解，是一種切實(shí)可行的損傷識(shí)別方法。本文采用能量差和能量曲率差指標(biāo)識(shí)別懸臂梁結(jié)構(gòu)的損傷，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)在各種

4、激勵(lì)下均有較好的識(shí)別效果。但在結(jié)構(gòu)應(yīng)變較小處，這兩個(gè)指標(biāo)的值較小，可能被淹沒，所以在本文中提出了一個(gè)放大系數(shù)七，經(jīng)過放大處理后發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別效果有了較大的提高。 (3)本文通過對(duì)一斜拉橋進(jìn)行數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)基于應(yīng)變能量的損傷識(shí)別指標(biāo)在不同的損傷程度下(如輕度、中度、重度損傷)均能較好地定位損傷。但是會(huì)在結(jié)構(gòu)對(duì)稱點(diǎn)處產(chǎn)生誤判，且其突變峰值不一定低于真實(shí)損傷處的突變峰值。相比之下，基于能量曲率差的指標(biāo)更具可靠性，通過求曲率，能