基于光纤传感的隧道管片结构形态感知试验及数值模拟研究

为精确感知环境荷载作用下隧道管片的结构形态,采用光纤传感技术,构建表贴式光纤传感元件纤芯层-防护层-基体层-被测层的多层力学模型,分析光纤应变传递机制,推导表贴式光纤传感元件的应变传递率公式,验证光纤传感元件对隧道管片结构形态感知的精度。采用1∶20缩尺模型开展试验研究,测量不同水压、土压力下管片的应变变化。结合ANSYS数值模拟,对比分析在有水压与无水压2种荷载工况下隧道管片结构的应变响应,揭示水-土耦合压力对隧道管片结构变形的影响机制。结果表明:1)在10 mm光栅长度下,光纤传感元件的平均应变传递率可达到95.1%;2)均布水压的存在对隧道管片结构变形具有一定的稳定效果;3)水-土耦合压力作用下,隧道管片结构拉、压应变变化呈现不同步现象,其中拱腰处压应变变化较拱顶处拉应变变化更为提前,表明拱腰区域对水-土耦合压力的作用更为敏感;4)有水压地层环境下,当地层荷载为0~1.6 MPa时,隧道管片结构位移呈现波动变化趋势;5)当荷载进一步达到1.6~2.4 MPa时,隧道管片结构位移呈线性增加趋势。

光纤机敏结构振动形态感知及其SMA致动控制

以模拟太空帆板结构为试验模型,针对振动状态监测与主动控制技术需求,着重进行柔性光纤机敏结构振动形态感知及其形状记忆合金(SMA)致动控制研究。技术方法上基于分布植入式FBG传感网络的信息感知特性与结构形态曲面拟合算法,实现结构分布多点曲率检测与形态重构,并为基于SMA致动的结构振动主动控制提供判决依据;基于结构表面分布配置的SMA驱动网络,采用分组交替驱动方式实现结构低阶模态大幅振动主动控制;设计试验模型结构与构建完整试验测控平台,并综合阐述了试验方案与试验过程。试验结果验证了结构振动形态感知的有效性,以及结构振动SMA致动控制的可行性和高效性,为航天柔性结构低阶模态振动主动监控提供了较好的技术探索思路。

模拟高性能飞行器翼面结构形态的非视觉检测

针对高性能飞行器实验模型结构的翼面形态感知与重构技术要求,提出一种基于光纤光栅传感器阵列的翼型结构形态实时检测与可视化重构方法。首先,在分析光纤光栅结构曲率检测技术的基础上,进行基于分布式曲率感知信息的翼面结构形态实时重构算法研究;其次,针对实验模型结构振动响应特性与有限元分析结果,研究分布式光纤光栅传感器阵列优化布置方案;最后,构建飞行器模型结构实验平台与开发可视化软件环境,进行翼面结构静态形变与振动形态实时感知与重构实验分析与验证。结果表明,实验模型翼面结构形态实时感知与重构效果良好,较精确地反映了结构静态形变与振动形态的变化,验证了所提非视觉结构形态检测方法与技术的可行性与有效性。