基于長標距布拉格光柵傳感技術(shù)的損傷識別研究.pdf

1、對大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)實施健康監(jiān)測與診斷是一個非常重要的問題。然而，作為健康監(jiān)測的一個重要組成部分，傳感測試技術(shù)需要滿足長期性和穩(wěn)定性的要求。但傳統(tǒng)傳感器的布置多表現(xiàn)為“點多面廣”，而且其穩(wěn)定性、耐久性以及對損傷的敏感性也不能完全滿足對結(jié)構(gòu)監(jiān)測的需要。鑒于此，本文研究了一種新型的長標距分布式布拉格光柵(FBG)傳感器，該傳感器具有長期、穩(wěn)定、高靈敏度和長標距等優(yōu)勢。同時研究了與其配套的損傷識別方法，即東南大學(xué)徐趙東教授提出的基于應(yīng)變能量的損傷識

2、別方法。并通過對一懸臂梁結(jié)構(gòu)進行動力損傷識別試驗，以及對一大跨斜拉橋結(jié)構(gòu)進行動力損傷識別數(shù)值分析，驗證了該長標距FBG傳感器和基于應(yīng)變的能量損傷識別方法在對結(jié)構(gòu)進行損傷識別方面具有良好的適用性。 本文的主要研究內(nèi)容及成果如下： (1)封裝后的FBG應(yīng)變傳感器測量的是標距內(nèi)的平均應(yīng)變，經(jīng)過標定發(fā)現(xiàn)封裝后的傳感器有良好的線性關(guān)系。試驗中通過對結(jié)構(gòu)施加一初始位移使結(jié)構(gòu)自由振動，提取結(jié)構(gòu)上點或單元的時程應(yīng)變數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)進行分析。通

3、過識別結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，時程數(shù)據(jù)經(jīng)過傅立葉變換后能較好地反映出結(jié)構(gòu)的一階頻率，但高階頻率因結(jié)構(gòu)主要以一階自振頻率振動而不能有所體現(xiàn)，所以本實驗中通過頻率改變來識別損傷效果不理想。 (2)應(yīng)變數(shù)據(jù)在實際工程中可以由應(yīng)變傳感器直接得到，因此可以避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差，而且基于應(yīng)變的能量方法無需考慮激勵力的作用，并能避免了復(fù)雜的振型求解，是一種切實可行的損傷識別方法。本文采用能量差和能量曲率差指標識別懸臂梁結(jié)構(gòu)的損傷，經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)在各種

4、激勵下均有較好的識別效果。但在結(jié)構(gòu)應(yīng)變較小處，這兩個指標的值較小，可能被淹沒，所以在本文中提出了一個放大系數(shù)七，經(jīng)過放大處理后發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)損傷識別效果有了較大的提高。 (3)本文通過對一斜拉橋進行數(shù)值模擬分析，發(fā)現(xiàn)基于應(yīng)變能量的損傷識別指標在不同的損傷程度下(如輕度、中度、重度損傷)均能較好地定位損傷。但是會在結(jié)構(gòu)對稱點處產(chǎn)生誤判，且其突變峰值不一定低于真實損傷處的突變峰值。相比之下，基于能量曲率差的指標更具可靠性，通過求曲率，能