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基于空心光纤的智能结构自诊断、自修复系统研究

万鹏飞  
【摘要】: 本文主要对空心光纤用于智能结构自诊断、自修复的若干问题进行了探索和研究。空心光纤智能结构自诊断、自修复系统研究的基本思路是将空心光纤、形状记忆合金(SMA)丝分别组成网络埋入复合材料中。复合材料结构的形变会使空心光纤传感网络输出的光强发生变化,通过光电转换、数据采集,结合复合材料力学性能的具体分析、神经网络等数字处理方法,可判别出结构中载荷的大小和作用位置,实现损伤的在线监测。一旦复合材料出现断裂破坏,系统快速确定损伤位置并激励SMA网络收缩,同时向注胶器发出控制信号,利用空心光纤将自修复胶液输送至结构的损伤处对其进行快速自修复。 本文首先介绍了空心光纤的结构及其应用研究。探讨了空心的传光机理及与普通光纤的区别,并对空心光纤的基础性能进行了深入的研究,对几种不同型号的空心光纤埋入复合材料的拉伸、压缩、弯曲等性能进行了对比研究,又对埋入空心光纤后复合材料与空心光纤的相互性能影响进行了研究,证实了空心光纤用于智能结构损伤监测的可行性。 其次,本文将神经网络方法用于智能结构损伤识别的数据处理过程中,增加了系统的实用性和识别的成功率,并用LabVIEW软件编写了损伤监测界面程序。在此基础上设计了一个可以实现损伤诊断的3x3空心光纤网络构成的智能结构自诊断系统,并按照小型化、经济化等要求完成了光源的选择、发光和接受电路的设计、耦合接口和数据采集系统的研究。 最后,对形状记忆合金丝的性能进行了介绍,并组成形状记忆合金丝网络作为智能结构损伤修复时的驱动网络。对空心光纤用于智能结构自修复进行了实验研究和理论探讨,为空心光纤在智能结构自诊断、自修复系统上应用打下了基础。


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