基于智能材料的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 智能材料結(jié)構(gòu)概述 1
1.2 光纖傳感器 2
1.2.1 光纖傳感器的原理、特點(diǎn)及分類 2
1.2.2 光纖傳感器的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)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(diǎn) 4
1.3.2 光纖光柵傳感器的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3.3 光纖光柵傳感技術(shù)中存在的主要問(wèn)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(diǎn) 7
1.4.2 全分布式光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用 8
1.4.3 全分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展方向 11
1.5 智能材料結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 12
參考文獻(xiàn) 13
第2章 光纖布拉格光柵傳感技術(shù) 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(yīng)變傳感原理及應(yīng)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(dòng)模型 22
2.3.3 傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)分析及優(yōu)化 25
2.3.4 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與理論計(jì)算 30
2.3.5 傳感器傳感特性試驗(yàn)驗(yàn)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)值分析 56
2.4.3 傳感特性驗(yàn)證 63
參考文獻(xiàn) 69
第3章 全分布式光纖傳感技術(shù) 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(shù)的主要參數(shù) 72
3.2.3 光纖中的布里淵散射原理和傳感機(jī)制 74
3.2.4 光柵溫度-應(yīng)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(shí)域定位方法原理 83
3.3.2 FBG與布里淵信號(hào)耦合特性 85
3.3.3 環(huán)境溫度及空間分辨率對(duì)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(xiàn) 101
第4章 基于光纖傳感的智能材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論 103
4.1 概述 103
4.2 基于光纖傳感的智能材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀 103
4.3 光纖植入復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的基本原理 104
4.4 光纖與纖維增強(qiáng)復(fù)合材料界面性能 105
4.4.1 剪滯分析模型 105
4.4.2 黏結(jié)區(qū)應(yīng)力分量的求解 106
4.4.3 裸纖界面數(shù)值分析 109
4.5 智能結(jié)構(gòu)中傳感系統(tǒng)的要求與設(shè)計(jì) 113
4.5.1 復(fù)合材料與光柵傳感器復(fù)合模型及分析 113
4.5.2 傳感器結(jié)構(gòu)界面數(shù)值分析 114
4.5.3 傳感器的尺寸設(shè)計(jì) 121
參考文獻(xiàn) 125
第5章 基于光纖智能材料結(jié)構(gòu)的智能拉索監(jiān)測(cè)方法 126
5.1 概述 126
5.2 智能拉索的結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì) 126
5.2.1 鋼索（筋）結(jié)構(gòu) 126
5.2.2 斜拉索的功能設(shè)計(jì) 127
5.3 復(fù)合材料的成型工藝 128
5.4 增強(qiáng)復(fù)合材料智能拉索絲的制備 129
5.4.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 129
5.4.2 FBG的復(fù)合工藝研究 131
5.5 混雜纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能 134
5.5.1 力學(xué)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(fù)合材料的界面黏結(jié)分析 139
5.6 智能拉索絲的傳感特性 141
5.6.1 試驗(yàn)系統(tǒng) 141
5.6.2 傳感特性分析 142
參考文獻(xiàn) 146
第6章 基于智能支座的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法 147
6.1 概述 147
6.2 智能支座應(yīng)變放大原理與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 148
6.2.1 支座結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 148
6.2.2 基于變截面的環(huán)向應(yīng)變放大原理 150
6.2.3 變截面球形支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 150
6.3 球形支座的仿真分析 153
6.3.1 變截面放大器結(jié)構(gòu)參數(shù)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(zhuǎn)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(fù)合工藝研究 193
6.4.1 傳感元件與支座結(jié)構(gòu)的復(fù)合設(shè)計(jì) 193
6.4.2 FBG復(fù)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(yàn) 196
6.5.2 變截面厚度對(duì)支座模型傳感特性的影響 199
6.5.3 變截面直徑對(duì)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(shí)際變截面支座傳感特性 204
6.6.1 試件尺寸與試驗(yàn) 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(wú)變截面結(jié)構(gòu)支座 213
參考文獻(xiàn) 215
第7章 基于螺旋分布式光纖的錨索腐蝕長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)原理 220
7.2.3 環(huán)向光纖應(yīng)力的影響參數(shù)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(duì)螺旋分布式光纖傳感器性能的影響 224
7.3.2 彎**率對(duì)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(yīng)變與腐蝕率的理論數(shù)學(xué)模型 228
7.4.1 鋼筋銹脹力與腐蝕率關(guān)系的理論分析 228
7.4.2 螺旋光纖纏繞參數(shù)與光纖應(yīng)變的理論分析 231
7.5 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋腐蝕規(guī)律 232
7.5.1 試驗(yàn)方案 232
7.5.2 鋼筋銹脹規(guī)律 234
7.5.3 墊層厚度對(duì)螺旋分布式光纖應(yīng)變的影響 238
7.5.4 鋼筋腐蝕長(zhǎng)度對(duì)螺旋分布式光纖應(yīng)變的影響 242
7.5.5 光纖應(yīng)變與結(jié)構(gòu)損傷的關(guān)系 243
7.5.6 鋼筋腐蝕的損傷定位規(guī)律 244
7.6 復(fù)合式錨索長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)模型試驗(yàn) 248
7.6.1 預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)驗(yàn)證平臺(tái)的搭建 248
7.6.2 電加速腐蝕試驗(yàn) 249
7.6.3 結(jié)果分析與討論 250
參考文獻(xiàn) 253
第8章 基于軸向分布式光纖的錨索腐蝕長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(cè)原理 254
8.2.1 預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕損傷監(jiān)測(cè)思路 254
8.2.2 預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕損傷表征參數(shù) 256
8.2.3 腐蝕率測(cè)試范圍 258
8.2.4 預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕損傷數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo) 261
8.2.5 試件的設(shè)計(jì)及制作 262
8.3 基于軸向分布式光纖的預(yù)應(yīng)力錨索腐蝕損傷的監(jiān)測(cè)方法 265
8.3.1 試驗(yàn)方案 265
8.3.2 結(jié)果分析與討論 268
8.4 光纖植入纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能 275
8.4.1 FBG智能纖維復(fù)合材料的微觀力學(xué)與界面性能 275
8.4.2 界面的疲勞特性 279
參考文獻(xiàn) 280