電氣工程學(xué)院測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)姓名：導(dǎo)師：8888888888888中的研究緒論方案設(shè)計(jì)FBG傳感特性研究傳感網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置研究缺陷檢測(cè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)總結(jié)與展望選題背景復(fù)合材料強(qiáng)度高壽命長(zhǎng)質(zhì)量輕安全性好

先進(jìn)復(fù)合材料能夠滿足航天技術(shù)輕量化、長(zhǎng)壽命和高可靠性的要求，成為航天技術(shù)領(lǐng)域不可缺少材料。

由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝需要，復(fù)合材料通常采用離型制造后裝配，機(jī)體連接必不可少。

膠接利于減輕結(jié)構(gòu)重量、均勻應(yīng)力分布、提高抗疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能等優(yōu)點(diǎn)，是復(fù)合材料構(gòu)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(guò)程中的缺陷和損傷不可避免，膠層缺陷損傷會(huì)導(dǎo)致航天器故障，甚至造成嚴(yán)重的后果，因此膠接質(zhì)量的監(jiān)測(cè)具有重要意義。理論基礎(chǔ)光纖光柵傳感原理

光纖光柵傳感器體積小，易于埋入結(jié)構(gòu)體內(nèi)部；重量輕、復(fù)用能力強(qiáng)，即使大量鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)大型航空航天設(shè)備結(jié)構(gòu)中對(duì)結(jié)構(gòu)體整體質(zhì)量影響微乎其微；抗電磁干擾性優(yōu)，尤其是空間復(fù)雜環(huán)境下仍能保證較高檢測(cè)靈敏度。光纖光柵諧振方程：國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1990年，首次將光纖光柵傳感器埋入復(fù)合材料中，F(xiàn)BG在航空航天健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域開始應(yīng)用。1998年，德國(guó)研究人員將FBG傳感器粘貼于碳纖維增強(qiáng)塑料材料的機(jī)翼表面，成功監(jiān)測(cè)機(jī)翼的疲勞特性2004年，日本人應(yīng)用FBG傳感器埋入碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料夾層中接收壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器發(fā)射彈性波，成功實(shí)現(xiàn)航空用復(fù)合材料內(nèi)部損傷的檢測(cè)2009年，常琦等人采用FBG傳感器測(cè)量結(jié)構(gòu)應(yīng)變場(chǎng)分布，大型碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼盒段壁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷監(jiān)測(cè)研究。2015年，ShresthaP等人對(duì)飛行器表面低速?zèng)_擊進(jìn)行損傷識(shí)別研究，將FBG傳感器埋入復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)低速?zèng)_擊定位檢測(cè)利用光纖光柵傳感分析系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)課題提方案進(jìn)行可行性驗(yàn)證，研究靜載作用下的力學(xué)參量與FBG傳感器中心波長(zhǎng)的關(guān)系；采用有限元分析方法模擬對(duì)FBG傳感器的應(yīng)變傳遞特性和敏感范圍進(jìn)行研究，建立FBG傳感器復(fù)合材料膠層的應(yīng)變感知模型；采用粒子群優(yōu)化算法對(duì)FBG傳感器進(jìn)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(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響；進(jìn)行復(fù)合材料缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)配置效果，為FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1324主要工作技術(shù)難點(diǎn)：Pm量級(jí)光譜信號(hào)的獲?。槐粶y(cè)材料力學(xué)特性復(fù)雜，同時(shí)受到邊界效應(yīng)的影響，傳輸過(guò)程中有擴(kuò)散、散射及被介質(zhì)吸收；信號(hào)傳感器敏感范圍各向異性，加大優(yōu)化配置難度。創(chuàng)新點(diǎn)：針對(duì)相對(duì)較厚、強(qiáng)吸聲、隔熱特性復(fù)合材料膠層結(jié)構(gòu)，研究FBG傳感器的波長(zhǎng)偏移與載荷關(guān)系特性，采用仿真分析平板結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證獲得FBG傳感器感知模型。通過(guò)尋找和改進(jìn)智能優(yōu)化算法以更好地收斂精度和速度實(shí)現(xiàn)傳感器布置最優(yōu)，并通過(guò)優(yōu)化配置實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料膠層缺陷的有效監(jiān)測(cè)。技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)研究思路

系統(tǒng)工作原理：

膠層內(nèi)部存在的損傷、缺陷會(huì)引起外界應(yīng)力場(chǎng)的變化，將FBG傳感器埋入復(fù)合材料粘接膠層內(nèi)部，構(gòu)成分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，

通過(guò)建立膠層內(nèi)部應(yīng)變模態(tài)變化引起的FBG傳感器中心波長(zhǎng)變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)損傷的檢測(cè)的目的。FBG傳感特性研究靜載特性研究實(shí)驗(yàn)敏感探測(cè)區(qū)域有限元分析敏感區(qū)域探測(cè)實(shí)驗(yàn)FBG傳感器靜載特性研究實(shí)驗(yàn)傳感網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化配置研究粒子群算法優(yōu)化配置優(yōu)化算法對(duì)比優(yōu)化參數(shù)設(shè)置螢火蟲算法優(yōu)化算法對(duì)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(duì)FBG傳感器優(yōu)化配置問(wèn)題，粒子群算法優(yōu)化效果更優(yōu)于螢火蟲算法。缺陷檢測(cè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)有限元損傷模擬仿真缺陷構(gòu)件應(yīng)變監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)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(jié)與展望總結(jié)展望成果總結(jié)

對(duì)復(fù)合材料膠層FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)缺陷檢測(cè)進(jìn)行了初步的探索，證明通過(guò)FBG傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠反映構(gòu)件內(nèi)缺陷的情況。

提出了針對(duì)航空航天用復(fù)合材料膠層缺陷檢測(cè)問(wèn)題的FBG傳感網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)方案。

建立了FBG傳感器復(fù)合材料膠層的新的應(yīng)變感知模型，這種模型更符合實(shí)際應(yīng)用需求。采用智能優(yōu)化算法對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化配置，使傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)到99%以上，建立了高性能、高可靠性的分布式FBG結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)工作

未來(lái)需克服溫度對(duì)檢測(cè)信號(hào)的影響，提高檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)高可靠性缺陷檢測(cè)。張玉燕