基于光纤传感器的SRM界面黏接应力监测

界面黏接应力是SRM(固体火箭发动机)药柱结构完整性重要方面,也是健康监测的重要参数。为实现对黏接应力实时在线监测,设计了一种聚合物封装的FBG(光纤布拉格光栅)传感器,将其埋入HTPB(hydroxyl-terminated polybutadiene)推进剂/衬层界面黏接试件中。通过对试件在受到拉应力作用下FBG传感器反射光谱的模拟和应力响应测试试验研究了FBG传感器对应力响应规律。结果表明:FBG传感器中心波长随着试件的拉应力增大而减小,线性度较好,且传感器具有较高的灵敏度和稳定性。试件黏接性能测试试验中,FBG传感器性能保持完好,黏接试件强度满足技术指标,验证了传感器封装和埋入方式的可行性。

冷铸锚头性能光纤监测

为监测冷铸锚头性能,分析了其结构受力特点,建立了锚头内钢丝与改性环氧填料微元体静载平衡模型,分析了钢丝与环氧填料间黏接应力对钢丝应力分布特性的影响,将锚头的失效表征为黏接应力的奇异变化,提出了通过测量钢丝轴向多点应力分布实现对锚头性能状态无损监测的新方法;针对LMLPES-7-211型锚头,利用有限元方法分析了锚头内钢丝的轴向应力分布特性;根据冷铸锚头内非均匀应变特性与恶劣环境要求,提出了毛细管封装的应变均化拉丝塔光栅(DTG)测量方案,开发了冷铸锚头植入式专用分布式应变传感器;进行了缆索锚头性能状态监测模拟试验,分别将2个分布式DTG应变传感器植入锚头1(性能正常)与锚头2(性能异常)内,对锚头标准受力状态下钢丝分布式应变进行监测。分析结果表明:锚头1、2内钢丝分布式应变呈现较大的差异性,锚头1内应变衰减趋势较为平滑,与有限元仿真结果比较误差小于5%,锚头2应变衰减趋势平滑性不足,且与有限元结果比较最大误差超过40%;性能衰退会导致近锚固始端区段的黏接应力大幅下降,最大达到-2.55 MPa,靠近分丝底板锚固区段的黏接应力大幅增加,增加量达到3.25倍。通过设置黏接应力合理偏离阈值,就可实现对锚头结构性能状态的在线监测与预警。