電氣工程學院測試計量技術及儀器專業(yè)姓名：導師：8888888888888中的研究緒論方案設計FBG傳感特性研究傳感網絡優(yōu)化配置研究缺陷檢測驗證實驗總結與展望選題背景復合材料強度高壽命長質量輕安全性好

先進復合材料能夠滿足航天技術輕量化、長壽命和高可靠性的要求，成為航天技術領域不可缺少材料。

由于結構設計和工藝需要，復合材料通常采用離型制造后裝配，機體連接必不可少。

膠接利于減輕結構重量、均勻應力分布、提高抗疲勞強度和抗腐蝕性能等優(yōu)點，是復合材料構件連接的重要方法。研究意義氣泡沖擊脫粘斷裂裂紋

粘接層在制造和服役過程中的缺陷和損傷不可避免，膠層缺陷損傷會導致航天器故障，甚至造成嚴重的后果，因此膠接質量的監(jiān)測具有重要意義。理論基礎光纖光柵傳感原理

光纖光柵傳感器體積小，易于埋入結構體內部；重量輕、復用能力強，即使大量鋪設網絡，對大型航空航天設備結構中對結構體整體質量影響微乎其微；抗電磁干擾性優(yōu)，尤其是空間復雜環(huán)境下仍能保證較高檢測靈敏度。光纖光柵諧振方程：國內外研究現(xiàn)狀1990年，首次將光纖光柵傳感器埋入復合材料中，F(xiàn)BG在航空航天健康監(jiān)測領域開始應用。1998年，德國研究人員將FBG傳感器粘貼于碳纖維增強塑料材料的機翼表面，成功監(jiān)測機翼的疲勞特性2004年，日本人應用FBG傳感器埋入碳纖維增強復合材料夾層中接收壓電陶瓷驅動器發(fā)射彈性波，成功實現(xiàn)航空用復合材料內部損傷的檢測2009年，常琦等人采用FBG傳感器測量結構應變場分布，大型碳纖維復合材料機翼盒段壁板結構進行損傷監(jiān)測研究。2015年，ShresthaP等人對飛行器表面低速沖擊進行損傷識別研究，將FBG傳感器埋入復合材料結構以實現(xiàn)低速沖擊定位檢測利用光纖光柵傳感分析系統(tǒng)平臺對課題提方案進行可行性驗證，研究靜載作用下的力學參量與FBG傳感器中心波長的關系；采用有限元分析方法模擬對FBG傳感器的應變傳遞特性和敏感范圍進行研究，建立FBG傳感器復合材料膠層的應變感知模型；采用粒子群優(yōu)化算法對FBG傳感器進行優(yōu)化配置研究，研究粒子群優(yōu)化算法中種群數(shù)量、初始化條件等因素對優(yōu)化結果的影響；進行復合材料缺陷檢測實驗，驗證FBG傳感器網絡配置效果，為FBG傳感器網絡的優(yōu)化設計提供依據(jù)。1324主要工作技術難點：Pm量級光譜信號的獲??；被測材料力學特性復雜，同時受到邊界效應的影響，傳輸過程中有擴散、散射及被介質吸收；信號傳感器敏感范圍各向異性，加大優(yōu)化配置難度。創(chuàng)新點：針對相對較厚、強吸聲、隔熱特性復合材料膠層結構，研究FBG傳感器的波長偏移與載荷關系特性，采用仿真分析平板結構和實驗驗證獲得FBG傳感器感知模型。通過尋找和改進智能優(yōu)化算法以更好地收斂精度和速度實現(xiàn)傳感器布置最優(yōu)，并通過優(yōu)化配置實現(xiàn)復合材料膠層缺陷的有效監(jiān)測。技術難點與創(chuàng)新點研究思路

系統(tǒng)工作原理：

膠層內部存在的損傷、缺陷會引起外界應力場的變化，將FBG傳感器埋入復合材料粘接膠層內部，構成分布式傳感網絡，

通過建立膠層內部應變模態(tài)變化引起的FBG傳感器中心波長變化的對應關系，實現(xiàn)損傷的檢測的目的。FBG傳感特性研究靜載特性研究實驗敏感探測區(qū)域有限元分析敏感區(qū)域探測實驗FBG傳感器靜載特性研究實驗傳感網絡優(yōu)化配置研究粒子群算法優(yōu)化配置優(yōu)化算法對比優(yōu)化參數(shù)設置螢火蟲算法優(yōu)化算法對比粒子群算法

相同優(yōu)化條件下，螢火蟲算法優(yōu)化配置的平均覆蓋率；粒子群優(yōu)化配置的平均覆蓋率。綜合考慮，針對FBG傳感器優(yōu)化配置問題，粒子群算法優(yōu)化效果更優(yōu)于螢火蟲算法。缺陷檢測驗證實驗有限元損傷模擬仿真缺陷構件應變監(jiān)測實驗缺陷半徑4mm缺陷半徑2mm有限元損傷模擬仿真缺陷半徑1mm總結與展望總結展望成果總結

對復合材料膠層FBG傳感器網絡缺陷檢測進行了初步的探索，證明通過FBG傳感網絡系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠反映構件內缺陷的情況。

提出了針對航空航天用復合材料膠層缺陷檢測問題的FBG傳感網絡的檢測方案。

建立了FBG傳感器復合材料膠層的新的應變感知模型，這種模型更符合實際應用需求。采用智能優(yōu)化算法對傳感網絡進行優(yōu)化配置，使傳感器網絡覆蓋率達到99%以上，建立了高性能、高可靠性的分布式FBG結構應變監(jiān)測網絡。未來工作

未來需克服溫度對檢測信號的影響，提高檢測精度，實現(xiàn)高可靠性缺陷檢測。張玉燕