一、光纤折射率传感器监测复合材料固化机理的研究（论文文献综述）
杨尚[1]（2021）在《单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料升温过程应变场的原位测量和有限元分析》文中认为准确测量单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料的内部应变场对于复合材料的设计和应用具有重大价值。在实际应用中,复合材料面临着复杂的外界环境,如温度的剧变,这会使得结构件内部产生热应力,发生热膨胀或者热翘曲等现象。一旦监测到材料的应变超过安全阈值,即可进行预警,保障复合材料的尺寸稳定性和服役过程中的健康安全。光纤Bragg光栅（FBG）具有尺寸小,灵敏度高,易集成等特点,可用于材料微小应变的实时原位测量。本文将研究层压复合材料在升温过程中,内部应变场的原位测量和有限元分析表征。将FBG传感器按照0°（碳纤维方向）,45°,90°（垂直于碳纤维）三个方向置入单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料的表面和内部,在30℃～180℃的升温过程中,对其应变场进行原位测量。用有限元分析方法模拟复合材料升温过程中对应位置的应变—温度曲线。两者比较分析不同方向和位置应变分布规律。主要研究工作如下:（1）采用密封胶条保护法,将FBG传感器埋置于预成型体的特定位置,经真空辅助树脂传递模塑（VARTM）方法固化成型,制备内置FBG的碳纤维/环氧树脂层压复合材料。（2）利用电热鼓风干燥箱和光栅解调仪,测量得到复合材料在升温过程中的应变—温度曲线。发现复合材料表面和内部,0°,45°,90°三方向的应变变化规律。（3）建立混杂模型,用有限元分析方法模拟复合材料的升温过程,获取其内部应变场分布和应变—温度曲线,揭示热应变的厚度效应和方向效应。主要研究结论如下:（1）单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料在升温过程中的应变具有方向效应。0°方向表现为极小的热收缩,45°方向和90°方向表现为热膨胀,90°方向的热膨胀大于45°方向。（2）单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料在升温过程中的应变具有厚度效应。表面和内部产生显着的热应变差异。在0°方向,表面热收缩值大于内部热收缩值;在45°和90°方向,表面热膨胀值小于内部热膨胀值。（3）有限元分析表明,在0°方向上纱线的热收缩占主导作用,在90°方向上树脂的热膨胀占主导作用。纱线的热响应受到树脂的影响,在纱线内部形成了有梯度的应变场。同时树脂的热响应也受到纱线的影响。树脂和纱线的热响应协同作用于复合材料的热响应,使得复合材料热应变存在方向效应和厚度效应。
刘珊[2]（2021）在《三维编织复合材料升/降温过程中原位应变场变化规律》文中研究表明三维编织碳纤维增强复合材料具有结构整体性好、形状可设计、质轻高强等优点,在飞机、轮船、汽车等领域中得到广泛应用。在实际应用过程中,复合材料构件长时间受外界恶劣热环境影响,产生热应力导致材料变形或损伤,影响材料结构强度,因此对复合材料进行高效无损监测意义重大。光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高等特点,在使用过程中对材料结构无损伤,将其埋设于复合材料构件内可以实现复合材料原位应变场监测。研究工作:（1）FBG传感器温度标定,验证中心波长与温度之间线性关系。多次循环升降温以验证FBG传感器传感性能重复性。（2）采用四步法编织技术制备三维编织预成型体,使用真空辅助树脂传递模塑工艺固化成型。（3）建立全尺寸细观结构模型,通过有限元方法计算复合材料在升温过程中不同温度点的热应变数值;（4）测试复合材料在30～200℃温度范围内升降温过程中的内部热应变。研究结论:（1）光纤布拉格光栅的中心波长与温度之间存在良好线性关系。在30℃～200℃温度范围内循环升降温时,FBG传感器的传感性能重复性良好;（2）三维编织复合材料内部轴向热应变在数值上表现为负值;同一轴向位置不同单胞处热应变大小表现为内单胞>面单胞>角单胞;（3）相同单胞不同轴向位置处热应变大小表现为R-50（试样中心位置）>R-25（试样四分之一位置）>R-0（试样端部）。
张雷达[3]（2020）在《应变光纤Bragg光栅传感器的研制及工业应用》文中认为光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为一种新型检测元器件,以光信号为测量信源,不受电磁干扰,灵敏度高,具有压电传感器所不具备的独特优势,应用十分广泛。但是在实际应用过程中,由于光纤光栅属于脆性材料,尤其是在复杂工况甚至恶劣的条件下使用时,经常会发生失活、信号啁啾及断裂等现象。因此,裸光纤光栅需要进行恰当的封装保护才可以投入到实际应用中。近年来,纤维复合材料的发展极为迅猛,在军用领域已经得到了很大程度的应用,极大带动了整个复合材料领域的发展,也为复合材料今后的发展指明了方向;如今,纤维复合材料慢慢渗透到民用领域,给国计民生带来了根本性的改变,从碳纤维健身器材到如今的碳纤维衣物,不断改变着人类的认知。碳纤维复合材料与金属材料相比,具有优异的比强度和比模量,在轻量化领域得到较为广泛的应用,新能源汽车的发展日新月异,航空航天领域也在大幅度的增加纤维复合材料的使用比例来减轻自重;此外纤维复合材料铺层顺序可以自行设计,尺寸及厚度可设计的优点使纤维复合材料在多功能材料领域具有极大的应用前景。但是纤维复合材料属于多相混合物体系,物理性能参数大多具有各向异性的特点,由于纤维和树脂基体的热膨胀系数不匹配,固化放出的热量不易导出,制品内部不可避免会产生残余应力,在长期使役过程中,存在损伤不可目测且机理不明确的难题。因此,将碳纤维复合材料和光纤光栅传感器二者有机结合起来,即利用纤维复合材料的优良力学性能作为载体封装保护FBG传感器,提高传感器的成活率及测试精度或利用FBG传感器对温度和应变传感的特性来监测复合材料结构件在制备及使役过程中的状态变化,具有重要的理论意义和实际应用价值。首先,以FBG传感器的封装技术为主要研究内容,按照不同的封装工艺和铺层顺序,制备了三组不同类型的基片式光纤光栅传感器。其中,1#光纤光栅传感器采用单向碳纤维预浸料封装制备;2#光纤光栅传感器采用正交铺层方式进行封装制备;二者均采用热模压法制备成型;3#光纤光栅传感器采用真空辅助灌注工艺制备成型,以玻璃纤维预浸料和玻纤电子布作为主体材料,其中玻璃纤维预浸料基板采用二次固化的方式制备。随后,对上述三组光纤光栅传感器进行应变标定实验,结果表明:在利用模压法制备的两组光纤光栅传感器中,1#传感器的应变传感特性要大大优于2#传感器的,具有较好的应变传递性能;真空辅助灌注工艺制备的3#光纤光栅传感器的应变传感特性最优,具有最小的应变传递损耗,但是层间性能稍差,容易脱粘分层。然后,本文在满足封装准则的基础之上,在碳纤维层合板层间埋入裸光纤光栅传感器,通过热模压固化成型工艺,完成FBG传感器的内植;之后,对内植FBG传感器的碳纤维层合板进行静载实验,结果显示:在静载实验过程中,光纤光栅传感器的应变敏感区域不是标准的圆形,而是呈椭圆状;并且传感器中心波长偏移量与加载点距离、加载载荷大小和加载点角度的变化有很大关系,且FBG传感器的应变响应程度随着加载点距离增加而减小、加载载荷增大而增大、加载点角度增加而增加。最后,将FBG传感器应用到工程实际当中,首先将裸光纤光栅传感器内植于风电叶片模具中,用以监测叶根瓦模具生产过程中的温度和应变演变情况,并在风电叶片模具内型面的表面粘贴一定数量的光纤光栅传感器,与常规的无线激光跟踪仪协同使用,共同监测风电叶片模具型面的变化情况;随后,提出一种提高内植于风电叶片模具中的光纤光栅传感器成活率的技术方案,为智能风电叶片模具提供技术支持。
张彦杰[4]（2020）在《基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究》文中认为胶接是一种能提高航天飞行器结构效率和结构破损安全性能的先进连接技术,环氧树脂由于其内聚强度大、粘接强度高等特点,被广泛用于飞机零部件的粘接结构中。近年来,胶接技术在航天领域的应用范围呈持续增长趋势,随着航空制造水平的不断提升,工艺分离面大幅度减少,许多部位的机械连接被共固化、共胶接和二次胶接所替代。然而胶层的固化容易受到环境因素的影响,准确判断胶层的凝胶点、玻璃化转变点及固化度对胶接质量的好坏有非常重要的影响,因此需要发展一种可靠的在线监测技术,以提高粘接工艺的可靠性。本课题的主要目的是研究一种基于激光超声技术的胶层固化监测方法,同时搭建一套灵活性强、适用性广的激光超声检测系统,并利用该系统完成相关的理论及实验研究。论文取得的主要成果包括以下几点:（1）基于双波混合干涉原理搭建了一套适用于非接触移动检测的激光超声检测系统,通过移动探头可以方便快捷地对目标进行检测。在超声波的探测系统中,利用硅酸铋晶体的光折变效应进行超声振动检测,并对干涉仪的相关参数进行了优化。采用高速信号采集卡搭建了用于超声信号实时采集的高速信号采集平台。采用NI-Scope的Lab VIEW程序,以队列数据存储形式,实现了超声信号的快速采集。（2）根据双波混合干涉仪中的光纤结构,分别对单模光纤及多模光纤的耦合效率进行了分析。首先对光纤的结构进行了介绍,说明了全反射条件及光纤内光传播的原理。其次,使用电磁场理论分析了单模光纤的耦合效率,采用几何光学分析考虑了多模光纤的耦合效率。分别考虑了单模光纤与多模光纤在轴向偏移、径向偏移和端面角度倾斜情况下的耦合效率。并计算了由多模光纤引入的模式色散对检测系统的影响。（3）环氧树脂的固化会影响超声波的特征参数,包括声速、振幅以及声阻抗等。根据声速曲线可以分辨出环氧树脂凝胶点及饱和固化阶段。根据复合材料中的波传播路径,利用远场超声建立了下层铝板中振幅与反射系数的关系。同时通过小波变换在时频域对透射波进行了分析,以复Morlet小波为基函数对信号进行分解,并提取了信号的振幅及相位信息,计算了衰减系数及相速度。超声波的吸收衰减与环氧树脂的弛豫特性有关,通过理论分析获得了吸收衰减与频率之间的近似线性关系,同时计算了相速度以评估超声波在环氧树脂中的频散。（4）利用Kramers-Kronig关系推导了超声衰减系数与相速度的关系,并基于衰减系数验证了 Kramers-Kronig关系在环氧树脂固化过程中的适用性,计算了在固化过程中频散度随时间的变化曲线。分别利用超声时域方法、流变仪、差式扫描量热分析（DSC）对环氧树脂的固化过程进行分析,计算了相关参数并探讨了不同方法对固化过程表征的适用性。根据超声时域衰减曲线可以判断出在衰减系数最大值处开始发生玻璃化转变,根据流变仪分析结果可以判断出实验所用环氧树脂体系发生的主要为物理交联。环氧树脂的弛豫特性对频散度有直接影响,本文利用超声在环氧树脂固化过程中频散度的变化曲线建立了固化度的计算模型,并与基于DSC方法的固化度计算模型进行了比较。结果表明,从工业生产角度来看,超声检测在灵敏度方面高于DSC方法,激光超声由于其非接触及灵敏度高的特点,有望发展成为一种工业生产固化在线监测的手段,通过对凝胶点、玻璃化转变点、饱和固化阶段及固化度的判断为实际粘接工艺提供参考。
杨润涛[5]（2020）在《基于光纤传感的高超声速飞行器表面温度、应变及压力监测技术研究》文中研究表明高超声速飞行器技术属于未来航空航天领域的前沿,而超高温环境下的温度、应变和压力等参数的原位、实时测量对于高超声速飞行器的安全运行至关重要。通过耐高温光纤传感技术,评估其在地面高温试验及实际飞行中机体热防护结构的温度分布、力学特性及压力分布情况,对高超声速飞行器的设计及性能优化具有重要的意义。因此,本论文主要针对基于光纤传感技术的高超声速飞行器表面温度、应变和压力传感监测开展研究工作。论文主要研究内容包括:1.研究基于光纤光栅的高温传感特性。从光纤光栅原理入手,分析了光纤光栅的布拉格条件、诱发的折射率变化和光栅的反射率计算,研究了RFBG、Ⅱ型FBG和ⅡA型光纤光栅三种不同类型的耐高温光纤光栅,分别从成栅机理、制备方法及耐温特性进行了分析。对光纤光栅中心波长与温度、应变参数之间的函数关系进行了研究。通过实验及对比分析了RFBG、掺锗纤芯Ⅱ型FBG和纯石英纤芯Ⅱ型FBG的高温传感特性。结果表明,再生光栅和Ⅱ型FBG都能够满足1000℃的温度传感测试需求。其中,RFBG通常需要光纤载氢、去涂覆及后续的高温热退火处理,从而降低光栅的机械强度;而Ⅱ型FBG无需上述步骤,当温度高于800℃时,相比纤芯掺锗Ⅱ型FBG,纯石英芯Ⅱ型FBG具有更优异的温度稳定特性。2.建立了光纤光栅高温应变测试系统,对再生光纤光栅和Ⅱ型光纤光栅的高温应变特征进行了实验研究。测试结果表明,再生光栅和Ⅱ型光栅均能实现600℃以下的应变测量;当温度高于700℃时,温度和应变的共同作用导致光纤粘度降低,导致光纤光栅的波长稳定性变差。实验证实了纯石英芯Ⅱ型光栅的高温应变性能明显优于锗芯Ⅱ型光栅。从光纤光栅与被测结构结合方式出发,对比分析了表贴式光纤光栅、基片式光纤光栅和夹持式光纤光栅三种不同封装方式对应变传递效率的影响。提出了基于保偏再生光栅的温度应变解耦技术,实现了温度和应变的同时测量。3.研究基于蓝宝石腔非本征型法珀干涉结构的耐高温光纤压力的传感器的传感理论、结构设计和制备方法。研究分析了压力敏感元件的传感机理以及蓝宝石晶片的设计参数与压力灵敏度之间的关系。提出了基于蓝宝石腔的非本征型光纤法-珀压力传感器,研究基于光纤与蓝宝石热膨胀系数差异的温度减敏封装方法,实现了蓝宝石腔的非本征型光纤法珀压力传感器的制备。4针对制备及封装后的光纤温度传感器、表贴式光纤应变传感器和蓝宝石腔的光纤压力传感器,分别构建了相应的实验系统并进行了传感特性测试。实验结果表明,纯石英-刚玉陶瓷管封装的光纤光栅温度传感器能够实现上限达1000℃的温度测量,测量精度优于±3℃;表贴式封装光纤应变传感器400℃时的应变测量结果与引伸计测量结果一致;建立了针对蓝宝石腔光纤法珀传感器的压力测试系统,在室温至800℃范围内,对传感器静态压力灵敏度、分辨率等参数特征进行了测试,能够满足800℃以下的压力传感需求。
彭进[6]（2020）在《基于法布里—珀罗干涉的光纤传感器的研究》文中研究表明法布里-珀罗干涉型光纤传感器是通过在光纤上构建F-P腔来实现光束间的干涉,当被测物理量发生改变的时候,其两相干光相位差也随之变化,其干涉光谱发生漂移。F-P传感器具有结构简单、体积小、易封装等优点。因此,本文基于光纤法布里-珀罗干涉原理制作了两类传感器,分别对气体浓度和温度两方面进行检测研究。意在解决常规气体检测中需要高温、选择性不高、稳定性较差、灵敏度不高等问题;以及温度检测中传感器制作成本高、线路易腐蚀短路、结果受背景辐射、测量距离和气体组成等因素影响等问题。本文主要研究工作如下:（1）使用光纤切割刀将单模光纤和光子晶体光纤端面切平,通过调节光纤熔接机程序（改变放电强度和放电时间）,使得两光纤熔接面坍塌层减弱,形成反射端面,在未熔接端面涂覆敏感材料成功制备双F-P传感结构。（2）将合成的聚苯胺/四氧化三钴材料,通过X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）、拉曼光谱（Raman spectrum）、X射线衍射（X-ray diffraction,XRD）、傅立叶红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR）分析等表征证明其成功制备,使用浸涂提拉工艺将材料涂覆EPCF光纤端面,厚度约20μm。（3）将制备完成的F-P气体传感器接入测试平台,进行一氧化碳气敏检测,在气体体积分数0-70ppm范围内,该传感器呈良好线性关系和选择性,灵敏度为21.61pm/ppm,响应和恢复时间分别为35s和84s。（4）针对现有温度检测存在稳定性不高、受外界背景辐射影响大、成本较高等问题,本论文利用氢氟酸腐蚀技术成功光纤制备了一个结构简单、成本低廉、稳定性较高的F-P温度传感器。在温度28-81℃范围内线性度良好,灵敏度为64.6pm/℃。（5）为了扩大测温范围,利用紫外胶以及毛细管制备了另一个F-P温度传感结构,改进了测温系统,在25.7-250℃测温范围内灵敏度为41pm/℃。
单一男[7]（2020）在《基于分布式光纤传感的典型结构状态监测研究》文中进行了进一步梳理工程科学技术领域的快速发展,使如今的航空航天飞行器结构愈加复杂,材料愈加先进,不仅可能带来新的安全问题,同时也使传统的安全问题愈加突出。美国太阳神无人机的空中解体事件表明了,含大展弦比柔性结构的飞行器在飞期间的变形监测具有十分重要的意义。美国哥伦比亚号航天飞机事故表明了绝热层材料脱粘事件的严重后果,而随着国家大力发展可重复使用飞行器,绝热层材料的脱粘在线监测问题变得更加重要。结构损伤一直以来都是飞行器结构安全的主要威胁之一,如今随着失效机理与传统金属材料大不相同的碳纤维复合材料在航空航天飞行器结构上的大量应用,结构损伤缺陷的在线监测具有更多的现实意义。近几年来,研究者们针对这几类结构安全问题开展了一系列的研究,发展了许多结构变形、绝热层脱粘和损伤缺陷的检测手段,但是依然缺乏可靠的结构状态在线监测方法。使用光频域反射原理解调的基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器是近20年来出现的新型光纤传感技术的产物,它不仅具有传统光纤传感器的性能特点,同时还具有高空间分辨率和较高的应变测量灵敏度等优点,是用于航空航天飞行器结构状态在线监测的理想工具。本文的目的是发展基于分布式光纤传感器网络的航空航天飞行器典型结构状态监测方法与策略,重点探索基于分布式光纤传感器的结构应变场监测方法、基于分布式光纤传感器网络的结构变形估计方法与技术、绝热层结构脱粘识别方法与技术、结构损伤缺陷监测方法与技术等。文章的研究内容和结果主要包括:（1）建立了悬臂板弯曲问题的哈密顿体系。在哈密顿体系下,各种工况问题归结为了对结构的外载荷,各种边界条件以及边界上的各种外载荷分布等。进一步地,将各工况问题转化为哈密顿正则方程的非齐次项问题,从而得到一般性的问题。通过求解基本问题的本征值和本征解,得到以级数表示的解析解。对级数解的有限截断,将具体问题归结为确定本征解系数问题,即代数方程组的求解问题。从而形成一种辛数值模拟方法。在哈密顿体系下,建立了表面应变与中面应变、曲率和位移等之间的关系表达式。（2）基于表面粘贴及内部埋入两种耦合方式,分别建立了分布式光纤传感器、粘接层、涂覆层和被测结构的多层耦合结构模型。根据力学原理确定出结构应变和光纤应变信息的关系和规律,从而得到结构与光纤的应变传递效率函数表达式。该应变传递效率表示方法不仅归纳总结了线式应变传感器应变传递率的影响因素,还揭示了其变化规律和空间分布特点。（3）研究了分布式光纤传感器的应变监测方法。利用几何非线性结构的应变测量数据,分析了测点标距长度和测点中心距离等核心参数对应变测试数据的影响。讨论了分布式光纤传感器埋入碳纤维复合材料层合板的工艺,并开展了包含固化过程监测和载荷工况下的应变场监测在内的复合材料结构全寿命状态监测研究。讨论了高密度应变信息的成像方法,并在考虑了时间或空间等因素情况下对结构应变场进行了重构。（4）开展了基于高密度应变信息的结构变形估计方法研究,并给出了由分布式光纤传感器应变信息获取弯曲变形结构横向位移的计算公式的有限差分形式。基于悬臂结构弯曲试验的结果分析和讨论了分布式光纤传感器在弯曲问题中测量横向位移误差的原因,提出了结合有限元分析和百分表测量结果的分布式光纤传感器应变测量数据修正策略,并经过试验结果证实,该策略能显着提高分布式光纤传感器测量结构变形的精度。（5）开展了基于分布式光纤传感器的绝热层结构脱粘识别方法研究。根据绝热层结构脱粘对结构基体抗弯截面系数的影响关系,提出了基于应变变化的绝热层结构脱粘识别方法。通过有限元分析和原理性试验结果,制定了合理的绝热层结构脱粘识别策略,通过对含绝热层结构的悬臂板施加弯剪耦合作用力而采集的高密度应变数据,验证了该方法的有效性,且脱粘边界定位精度达到了亚厘米级别。（6）开展了基于分布式光纤传感器的结构损伤识别方法研究,考虑结构损伤缺陷对应变场扰动可识别的极限距离,获取了分布式光纤传感器网络识别结构损伤缺陷的适用范围。通过构造损伤指标,研究了已知结构无损状态信息以及缺少结构无损状态信息情况下的损伤缺陷识别方法。通过试验研究发现,利用分布式光纤传感器网络进行结构损伤缺陷识别,能将裂纹尖端以毫米级的误差进行精确定位。本文的研究成果有助于航空航天飞行器结构的状态监测工程应用,对于提高航空航天飞行器在服役期间的安全性有重要意义。
孙亮亮[8]（2019）在《复合材料基体裂纹预测分析与光纤光栅检测研究》文中指出基体裂纹是复合材料的基础失效模式之一,在众多失效模式中,基体裂纹通常最早发生,隐藏于材料内部,不易被发现。一般不直接造成复合材料失效,但会使其性能下降,还可能引发其他失效模式,比如层间分层,导致材料的最终失效,具有极大的潜在危害性。因此,研究基体裂纹的检测及其特性,对复合材料结构设计与应用具有重要意义。本文以E-玻纤/2511环氧树脂层合板的基体裂纹为研究对象,针对复合材料基体裂纹研究中一些尚未解决的难点问题展开研究工作,如:检测困难、裂纹间的相互作用、与其他失效模式间的耦合作用、精确预测难度高等。采用FBG传感器,并且基于微观力学、损伤力学和断裂力学理论,借助计算力学手段,通过对复合材料基体裂纹的监测、裂纹引发、扩展和分布及对复合材料性能的影响等方面的研究,获得了基体裂纹的在线监测技术与理论分析方法及具有普适性的仿真计算策略,揭示了基体裂纹的引发机制及其对复合材料性能的影响。主要内容如下:首先针对基体裂纹尺寸小、隐于材料内部,当前没有十分有效的检测手段的问题。提出了FBG基体裂纹在线监测技术,并进行了初步论证。以[01/±θn/01]（θ=30°,45°,60°,90°,n=1,2,3）层合板为研究对象,观测了单轴拉伸试验中θ角铺层基体裂纹的引发与扩展。利用实验观测到的光谱验证了光谱重构方法的准确性。通过对光谱峰型与中心波长两方面的分析,指出了光谱的一般变化规律,裂纹密度与峰宽间及中心波长额外偏移与层合板刚度间的线性关系。奠定了FBG传感器定量监测复合材料基体裂纹的理论基础。其次针对有限元方法计算开裂层合板应变分布过程繁琐的问题,基于最小余能原理,利用变分方法推导了含裂纹层合板的应力应变场及因基体裂纹而导致的刚度退化。使用[01/901]s正交层合板作为案例计算了刚度退化,通过与有限元计算结果的对比,验证了本文提出的半解析方法的正确性。利用本文提出的方法分析了[01/θ2]s（θ=45°,60°,75°,90°）对称层合板的刚度退化和应力应变分布,计算过程体现出该方法的高效性。研究结果表明,裂纹密度较低时,层合板刚度下降较快,极少基体裂纹的存在对层合板刚度有较大影响。然后基于损伤力学理论,利用跨尺度模型研究了[01/90n]s（n=1,2,3）正交层合板横向铺层的基体裂纹引发和扩展以及基体裂纹对复合材料性能的影响。在跨尺度模型中,0°铺层采用宏观模型,90°铺层采用微观模型,纤维离散分布在树脂中。使用二阶损伤张量描述树脂的损伤行为,推导了树脂的损伤本构关系,采用了基于应力的损伤起始判据和基于断裂能的损伤演化判据。在数值模型中,为提高计算效率,忽略了纤维-树脂界面脱粘,被忽略的纤维-树脂界面脱粘采用增加残余应力的方式进行补偿。使用此策略,成功模拟了正交铺层复合材料在单轴拉伸载荷下的基体裂纹引发及扩展,并进行了实验验证。研究结果表明:裂纹引发对残余应力十分敏感,较高的残余应力会提前引发裂纹。引发初期存在多个引发核心及微裂纹,但在较小区域内最终只能形成一条主裂纹,主裂纹对周边小裂纹有抑制作用。最后针对基体裂纹的弥散分布,与分层损伤之间的耦合作用,精确预测难度极高的问题。借助[90n/±45n/90n]（n=1,2）开孔层合板案例,采用XFEM与CZM相结合的方法进行了研究。综合了多种技术手段作为计算策略:预设XFEM增强单元集作为裂纹待引发与扩展区域;将增强单元与常规单元间隔分布,减弱裂纹间的相互作用;CZM单元模拟层间分层;考虑到聚合物基复合材料的塑性行为,借助UMAT编写了正交各向异性的弹塑性本构关系程序;符合Gaussian分布的单元强度分布规律模拟裂纹的先后引发;调整断裂能保证单元刚度退化速率一致等。通过裂纹分布、分层区域、断裂轮廓与断裂强度跟实验结果的对比验证了计算策略的准确性。研究结果表明,仅有最早引发的裂纹能扩展至试样边界,形成最终断裂面。较早产生基体裂纹位置的界面上分层引发也较早。
耿湘宜[9]（2018）在《基于光纤光栅传感器的智能复合材料构建与状态监测技术研究》文中研究指明碳纤维增强环氧树脂基复合材料因其强度高、抗疲劳性能好、可设计性强,且便于大规模整体成型等优点,对提高结构整体性能、减轻结构重量具有很大的优势,因此在军用及民用的多个领域表现出了巨大的应用前景。然而,在复合材料的固化成型和使役过程中,由于固化残余应力、极端环境条件、应力集中以及冲击等因素的影响,材料极易产生基体开裂、分层等不可视的内部损伤,严重威胁复合材料结构的安全,成为制约复合材料应用的重要原因。因此,对复合材料固化成型过程以及后续服役中的状态进行监测,深入了解材料的固化特性,并及时感知、定位和评估结构损伤、冲击等隐患,对于提升复合材料的可靠性具有十分重要的意义。近年来,智能材料的提出为复合材料的状态监测提供了新的思路,通过将传感元件与复合材料进行集成,构建不同于传统材料的智能复合材料,可实现其对自身工作状态以及外界环境变化的感知。光纤Bragg光栅（fiber Bragg grating,,FBG）因尺寸小、精度高、抗电磁干扰能力强、与主体材料相容性好等优点而被认为是构建智能复合材料的理想传感元件。本文结合光纤光栅传感机理,通过对智能复合材料的集成、信号处理及特征提取、结构损伤识别与低速冲击位置识别技术的研究,建立智能复合材料固化变形及状态监测系统,实现复合材料固化成型过程监测,以及结构损伤、低速冲击等隐患的及时感知和准确评估。主要研究工作如下:（1）在理论分析光纤光栅传感机理与复合材料特性的基础上,对智能复合材料构建过程中植入式FBG传感器的交叉敏感、引出方式及异向铺设时的保护等问题进行了实验研究,给出了智能复合材料构建的详细方案,大大提高了传感器的存活率。结合有限元分析,将FBG传感器阵列植入复合材料的典型位置,实时监测正交铺层的复合材料在固化成型过程中的内部温度场和应变场的演变,并创新性地对固化后的层合板在不开模的情况下进行二次升温处理,通过对比分析两次降温过程中内应变的区别,深入了解碳纤维复合材料的固化及后固化特性,为复合材料的固化成型优化设计提供基础。（2）结合复合材料层合板的宏观力学行为分析,对集成到智能复合材料内部和表面的FBG传感器的温度、应变传感特性进行实验研究和系统分析,探讨传感器的集成位置对FBG传感器响应特性的影响,并建立不同能量、不同角度的动静态载荷作用下的响应关系。（3）提出基于人工神经网络的智能复合材料损伤识别方法,利用FBG传感阵监测含有不同程度损伤的复合材料的动态响应信号,分别将信号包含的损伤特征与对应的损伤状态作为神经网络的输入与输出,构建损伤识别模型,并经误差反向传播算法对网络进行权值与阈值的微调,建立信号特征与结构损伤之间的内在关系,对不同程度的损伤实现准确识别。（4）针对各向异性复合材料中波速变化对冲击定位精度的影响,提出了基于深度神经网络的无波速低速冲击区域识别方法。通过FBG传感阵列监测不同区域的低速冲击信号,经特征提取和降维后作为神经网络的输入,与之对应的冲击区域作为输出,构建位置识别模型并进行训练,建立信号特征与冲击区域之间的内在关系,从而实现基于深度神经网络的无波速低速冲击位置识别方法。本文基于光纤光栅传感技术,给出了内埋有FBG传感器的智能复合材料详细构建方案,并对正交铺层复合材料固化成型过程进行实时监测,为复合材料的固化成型优化设计提供依据。提出了基于神经网络的智能复合材料损伤识别和低速冲击位置识别方法,实现智能复合材料结构损伤、低速冲击等隐患的及时感知、评估和定位,为智能复合材料的推广应用提供了理论和实践基础。
沈令斌[10]（2017）在《基于智能结构仿生自修复的多功能液芯光纤关键技术研究》文中研究说明随着科技的迅速发展,新材料的开发、机器设备寿命的延长以及仿生智能的引入对材料结构的安全可靠性提出了更高的要求,而复合材料的“智能化”是21世纪材料领域的一个非常重要研究的方向,复合材料结构损伤快速自修复是实现复合材料结构智能化急待解决的技术关键。因此,关于复合材料结构仿生自修复研究具有重要的科学意义和应用价值。本文围绕复合材料智能结构损伤自修复的关键问题和前沿研究,开展基于复合材料智能结构仿生自修复的多功能液芯光纤关键技术研究。论文主要研究内容和创新工作如下:（1）多功能（同时具有传感和修复功能）液芯光纤纤芯材料的研制机理及其性能研究。围绕纤芯材料的构成机理及其光谱特性、折射率、黏度、光固化速率以及固化后的硬度和对复合材料的附着力等性能问题,通过大量的实验研究,研制出一种在短波光源的辐射下能够固化的纤芯材料,而且该材料具有固化速率快、黏度低、硬度较大、附着力好等性能优点,为多功能液芯光纤的研制创造了前提条件。（2）多功能液芯光纤结构设计与传光机理及其特性研究。围绕液芯光纤的结构设计和传光机理等关键问题,研制了一种以光固化材料为纤芯、石英材料为包层、聚合物光纤作为光窗的特殊结构的液芯光纤。同时对液芯光纤的传光机理进行理论分析,并测定了多功能液芯光纤的衰减系数;针对液芯光纤的传感特性,提出一种在液芯光纤承载前后纤芯中光通量变化的研究方法,并对液芯光纤的承载性能进行实验研究。研究结果表明,当加载的微位移在20-40μm之间时,液芯光纤的输出功率和微位移之间近似线性相关,该部分研究结果为液芯光纤作为传感元件应用在复合材料智能结构损伤监测中提供理论和实验依据。（3）基于多功能液芯光纤的复合材料板型结构损伤自修复研究。围绕液芯光纤的自修复功能问题,论文对复合材料板型结构的损伤仿生自修复进行研究。首先研制出一种光纤涂覆层,起到保护和增韧液芯光纤的作用;然后通过分析复合材料板型结构对修复光源的透过率确定液芯光纤的可埋入深度,并采用三点弯曲法对多功能液芯光纤的埋入对复合材料板型结构的弯曲性能影响进行研究,进而分析复合材料板型结构的裂纹扩展方式;最后对复合材料板型结构损伤自修复性能进行研究。研究结果表明,在复合材料板型结构发生损伤后,经过涂覆层处理的液芯光纤能够及时破裂并释放出修复剂,在修复光源的辐射下完成自修复,损伤修复后,弯曲强度恢复到原来的65%,且修复后的液芯光纤仍具有一定的传感功能,为液芯光纤作为修复元件在典型复合材料智能结构中的应用提供了坚实的实验基础。（4）基于多功能液芯光纤的典型复合材料智能结构损伤监控系统及方法。论文设计了一种基于ARM的典型复合材料智能结构损伤状态的远程监测系统,该系统结合光纤传感、光电检测、嵌入式以及无线通信等技术;针对复合材料智能结构的损伤定位问题,提出应用支持向量机算法,实现了典型复合材料智能结构的承载定位;针对如何实现将修复光源的光能及时输送到复合材料结构损伤处的关键技术问题,论文在损伤裂纹的大小以及修复光源开合的时间上引入模糊的概念,提出一种基于模糊控制算法的典型复合材料结构损伤仿生自修复方法,实现了修复光源高效能的使用并且实现了复合材料智能结构的损伤自修复。研究结果表明,设计的远程监控系统与方法所需成本较低,而且克服了区域、时间等条件的限制,具有非常重要的理论参考和实际应用价值。（5）多功能液芯光纤在典型复合材料智能结构中的应用研究。围绕多功能液芯光纤在典型复合材料智能结构损伤自修复中的应用问题,以及为了验证所设计的监控系统和提出的定位与损伤自修复方法的有效性,论文对埋入多功能液芯光纤的典型复合材料智能结构进行实验研究。研究结果表明,设计的监控系统和提出的定位和自修复方法能够完成典型复合材料智能结构损伤定位和仿生自修复,而且多功能液芯光纤及其复合材料智能结构在理论上可以实现多次损伤自修复。
二、光纤折射率传感器监测复合材料固化机理的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光纤折射率传感器监测复合材料固化机理的研究（论文提纲范文）
（1）单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料升温过程应变场的原位测量和有限元分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 单向纤维增强复合材料热膨胀研究进展 |
| 1.2.1 单向纤维增强复合材料热膨胀实验测量研究进展 |
| 1.2.2 单向纤维增强复合材料热膨胀系数理论推测研究进展 |
| 1.2.3 单向纤维增强复合材料热膨胀研究小结 |
| 1.3 光纤光栅研究进展 |
| 1.3.1 光纤发展历程 |
| 1.3.2 光纤光栅传感技术 |
| 1.3.3 光纤光栅应用于热膨胀测量 |
| 1.3.4 光纤光栅应用于复合材料的热膨胀测量 |
| 1.4 研究现状总结 |
| 1.5 研究目标和研究方案 |
| 1.6 本文研究创新点 |
| 1.7 论文章节安排 |
| 第二章 内埋FBG传感器的单向碳纤维层压复合材料制备 |
| 2.1 实验材料概述 |
| 2.2 预成型体铺层及FBG埋设 |
| 2.3 复合材料成型工艺 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 内埋FBG传感器的单向碳纤维层压复合材料热应变原位测量 |
| 3.1 FBG传感器的结构 |
| 3.2 FBG传感器传感原理 |
| 3.2.1 FBG传感器应变传感原理 |
| 3.2.2 FBG传感器温度传感原理 |
| 3.3 FBG传感器应变—温度交叉敏感效应及其解决方案 |
| 3.3.1 参考FBG法 |
| 3.3.2 双光栅矩阵运算法 |
| 3.3.3 FBG和 LPFG联合法 |
| 3.3.4 光纤光栅熔接法 |
| 3.4 测试平台搭建和软件调节 |
| 3.4.1 测试平台搭建 |
| 3.4.2 软件调节 |
| 3.5 测试过程 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 单向碳纤维层压复合材料热应变原位测量结果分析 |
| 4.1 参考FBG测量结果 |
| 4.2 埋有FBG传感器的试样测量结果 |
| 4.2.1 FBG传感器多峰现象 |
| 4.2.2 复合材料表面和内部热应变原位测量实验结果 |
| 4.2.3 复合材料不同方向热应变原位测量实验结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 单向碳纤维层压复合材料有限元模型及数值分析 |
| 5.1 几何模型 |
| 5.2 材料模型 |
| 5.2.1 纤维体积分数 |
| 5.2.2 纱线及均质体热力学性质计算 |
| 5.3 划分网格 |
| 5.4 设置约束 |
| 5.5 有限元模拟结果分析 |
| 5.5.1 复合材料表面和内部热应变有限元结果 |
| 5.5.2 复合材料不同方向热应变有限元结果 |
| 5.5.3 复合材料细观结构热应变分布云图 |
| 5.6 有限元结果与实验测量结果对比 |
| 5.6.1 不同方向对比 |
| 5.6.2 表面和内部对比 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 全文主要工作及结论 |
| 6.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表论文 |
| 致谢 |
（2）三维编织复合材料升/降温过程中原位应变场变化规律（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 前言 |
| 1.2 三维编织复合材料热物理性质研究进展 |
| 1.2.1 三维编织复合材料热传导性质研究进展 |
| 1.2.2 三维编织复合材料热膨胀性质研究进展 |
| 1.3 光纤光栅传感技术研究概述 |
| 1.4 基于FBG传感器的三维编织复合材料研究现状 |
| 1.5 有限元方法在三维编织复合材料中的应用 |
| 1.6 文献总结 |
| 1.7 研究内容和研究方案 |
| 第二章 FBG传感器传感原理及温度标定 |
| 2.1 FBG传感器的基本原理 |
| 2.1.1 FBG传感器的结构 |
| 2.1.2 FBG传感器的原理 |
| 2.1.3 光纤光栅波长解调技术 |
| 2.2 FBG传感器的标定 |
| 2.2.1 实验仪器与步骤 |
| 2.2.2 实验结果与分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 材料制备 |
| 3.1 埋有FBG传感器的碳纤维复合材料制备 |
| 3.1.1 材料准备 |
| 3.1.2 预成型体编织 |
| 3.1.3 复合材料固化成型 |
| 3.1.4 纤维体积含量测定 |
| 3.2 环氧树脂浇注体的制备 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 三维编织复合材料细观结构有限元分析 |
| 4.1 三单胞模型及性质 |
| 4.2 纱线模型及性质 |
| 4.3 全尺寸细观结构有限元模型 |
| 4.4 数值分析 |
| 4.4.1 应力分布云图 |
| 4.4.2 有限元计算结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 实验测试结果与分析 |
| 5.1 环氧树脂热力学性质测试 |
| 5.1.1 测试原理及过程 |
| 5.1.2 测试结果与分析 |
| 5.2 三维编织复合材料内部热应变监测 |
| 5.2.1 FBG传感器的温度补偿原理 |
| 5.2.2 热应变测试 |
| 5.3 三维编织复合材料热应变监测结果分析 |
| 5.3.1 升温时热应变 |
| 5.3.2 降温时热应变 |
| 5.4 有限元结果与实验结果对比分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表论文 |
| 致谢 |
（3）应变光纤Bragg光栅传感器的研制及工业应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 光纤光栅传感器 |
| 1.1.1 光纤光栅传感器的发展历程 |
| 1.1.2 光纤光栅传感器的分类 |
| 1.1.3 光纤光栅解调技术 |
| 1.1.4 光纤光栅传感器的优点 |
| 1.2 复合材料与光纤光栅传感器集成的研究现状 |
| 1.2.1 复合材料封装制备FBG传感器 |
| 1.2.2 内植FBG传感器的智能复合材料结构件 |
| 1.3 技术难题 |
| 1.3.1 封装问题 |
| 1.3.2 分布式测量问题 |
| 1.4 结构健康监测发展概况 |
| 1.5 研究内容与创新点 |
| 第二章 光纤光栅基本理论 |
| 2.1 前言 |
| 2.2 光纤基本结构与传输原理 |
| 2.3 光纤光栅传感原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 复合材料基片式FBG传感器的制备与性能研究 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 复合材料基片式FBG传感器的制备 |
| 3.2.1 实验材料和装置 |
| 3.2.1.1 实验材料 |
| 3.2.1.2 实验装置 |
| 3.2.2 封装流程 |
| 3.2.3 应变标定实验 |
| 3.3 结果与讨论 |
| 3.3.1 应变测试结果与分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 FBG内嵌于CFRP层合结构的传感特性研究 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 内嵌FBG传感器的CFRP智能层合结构的制备 |
| 4.2.1 实验设备及材料 |
| 4.2.2 内嵌FBG传感器的碳纤维层合板的制备 |
| 4.3 传感特性研究 |
| 4.3.1 传感特性与加载距离的关系 |
| 4.3.2 传感特性与加载载荷的关系 |
| 4.3.3 传感特性与加载角度的关系 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 FBG传感器在风电行业中的应用研究 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 基于FBG传感器的风电叶片模具制造过程在线监测 |
| 5.2.1 实验过程 |
| 5.2.1.1 实验材料和装置 |
| 5.2.1.2 光纤光栅传感器的铺排方案 |
| 5.2.1.3 智能化模具制造 |
| 5.2.1.4 光纤光栅传感器的表贴及变形测试 |
| 5.2.2 实验结果与分析 |
| 5.3 风电叶片模具用的新型FBG传感器设计 |
| 5.3.1 发展背景 |
| 5.3.2 研究内容 |
| 5.3.3 结果讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果所获奖励 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 胶层固化监测的重要意义 |
| 2.1.1 环氧树脂及其固化过程 |
| 2.1.2 环氧树脂固化监测的意义 |
| 2.2 环氧树脂固化反应常用监测方法 |
| 2.2.1 差示扫描量热法 |
| 2.2.2 流变测试 |
| 2.2.3 热重法 |
| 2.2.4 光纤传感法 |
| 2.2.5 X射线检测法 |
| 2.3 超声技术在环氧树脂固化监测中的应用现状 |
| 2.3.1 超声监测的基本原理 |
| 2.3.2 超声监测的应用现状 |
| 2.4 激光超声检测技术的研究进展 |
| 2.4.1 激光超声技术的特点及应用 |
| 2.4.2 激光超声的激发方法 |
| 2.4.3 激光超声检测方法 |
| 2.5 信号处理方法 |
| 2.5.1 传统信号处理方法 |
| 2.5.2 时频分析方法 |
| 2.6 课题研究内容 |
| 3 激光超声检测系统及其光纤化设计 |
| 3.1 光折变晶体与双波混合干涉 |
| 3.1.1 光折变效应的基本原理 |
| 3.1.2 光折变晶体中的双波混合效应 |
| 3.2 双波混合干涉仪的光纤化设计 |
| 3.2.1 基于光纤结构的双波混合干涉仪 |
| 3.2.2 超声探测系统的参数优化 |
| 3.3 激光超声信号的激发及高速采集系统设计 |
| 3.3.1 激光超声激励系统 |
| 3.3.2 超声信号的高速采集系统 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 双波混合干涉仪中光纤的耦合效率及色散分析 |
| 4.1 光纤的结构及参数 |
| 4.2 单模光纤的耦合效率分析 |
| 4.2.1 光纤耦合效率 |
| 4.2.2 位置偏差损耗 |
| 4.3 多模光纤的耦合效率分析 |
| 4.3.1 多模光纤的传输模式 |
| 4.3.2 空间光到多模光纤的耦合 |
| 4.3.3 多模光纤位置偏差对耦合效率的影响 |
| 4.4 光纤的色散及对超声检测的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 环氧树脂固化过程对超声特征参数的影响 |
| 5.1 激光超声监测环氧树脂固化的实验设计 |
| 5.2 超声波在复合结构内的传播规律研究 |
| 5.2.1 超声波的反射、透射及声阻抗计算 |
| 5.2.2 超声波在金属中的衰减及远场判定 |
| 5.2.3 超声波在环氧树脂中的衰减及频散 |
| 5.3 环氧树脂固化对超声特征参数的影响分析 |
| 5.3.1 环氧树脂固化对超声波速的影响 |
| 5.3.2 环氧树脂固化对声阻抗的影响 |
| 5.3.3 环氧树脂固化对超声波衰减及频散的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于激光超声的环氧树脂固化过程动态分析 |
| 6.1 超声特征参数的Kramers-Kronig关系 |
| 6.1.1 衰减系数与相速度的Kramers-Kronig关系 |
| 6.1.2 基于Kramers-Kronig关系的相速度及频散度计算 |
| 6.2 环氧树脂的固化度表征模型建立 |
| 6.3 环氧树脂的固化行为测试 |
| 6.3.1 基于超声时域方法的固化过程表征 |
| 6.3.2 环氧树脂固化过程的流变测试 |
| 6.3.3 差示扫描量热分析及固化度计算方法 |
| 6.3.4 超声特征参数对固化过程的敏感度分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（5）基于光纤传感的高超声速飞行器表面温度、应变及压力监测技术研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 高温测量技术研究现状 |
| 1.2.1 光纤高温测量技术 |
| 1.2.2 光纤高温应变测量技术 |
| 1.2.3 光纤高温压力测量技术 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 光纤光栅高温传感特性研究 |
| 2.1 光纤布拉格光栅原理 |
| 2.1.1 布拉格条件 |
| 2.1.2 诱发的折射率变化 |
| 2.1.3 布拉格光栅反射率 |
| 2.2 几种主要类型高温光纤光栅制备及成栅机理 |
| 2.2.1 种子光栅的制备及再生退火机理 |
| 2.2.2 Ⅱ型光纤布拉格光栅的制备及机理 |
| 2.2.3 ⅡA型光纤光栅制备及机理 |
| 2.3 温度、应变传感测量原理 |
| 2.3.1 光纤光栅温度灵敏度 |
| 2.3.2 光纤光栅应变灵敏度 |
| 2.3.3 高温光纤光栅温度与应变交叉敏感性分析 |
| 2.4 光纤光栅温度传感特性研究 |
| 2.4.1 种子光栅热再生及再生光栅温度响应特性 |
| 2.4.2 Ⅱ型光纤光栅温度响应特性 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 光纤光栅高温应变传感技术研究 |
| 3.1 光纤光栅高温应变传感特性研究 |
| 3.1.1 再生光纤光栅 |
| 3.1.2 Ⅱ型光纤光栅 |
| 3.2 高温应变加载条件下光纤光栅稳定性研究及分析 |
| 3.2.1 Ⅱ型光纤光栅 |
| 3.2.2 再生光纤光栅 |
| 3.3 高温光纤光栅与被测结构的结合方式 |
| 3.3.1 表贴式光纤光栅应变传递机理分析 |
| 3.3.2 基片式光纤光栅应变传递机理分析 |
| 3.3.3 夹持式传感器应变传递规律 |
| 3.4 光纤光栅温度、应变解耦技术 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 光纤高温压力传感技术研究 |
| 4.1 光纤法珀压力传感理论 |
| 4.1.1 压力敏感元件设计方法及仿真分析 |
| 4.1.2 传感器工作原理与信号理论分析 |
| 4.1.3 压力敏感元件固有频率分析计算 |
| 4.2 光纤高温压力传感器结构设计方法 |
| 4.3 光纤高温压力传感器的制备 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 高温状态下的温度、应变及压力的光纤传感实验研究 |
| 5.1 光纤温度传感器实验研究及结果分析 |
| 5.1.1 光纤光栅温度传感器结构设计方法 |
| 5.1.2 温度传感器高温测试系统及实验 |
| 5.2 光纤高温应变传感实验及响应特性分析 |
| 5.2.1 高温应变试样件和夹具的设计、制备 |
| 5.2.2 光纤应变传感器封装实验 |
| 5.2.3 高温测试系统的建立 |
| 5.2.4 高温应变特性分析 |
| 5.3 光纤高温压力传感实验及响应分析 |
| 5.3.1 高温压力传感实验系统的搭建 |
| 5.3.2 高温压力传感特性实验 |
| 5.3.3 高温压力测量结果及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（6）基于法布里—珀罗干涉的光纤传感器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 光纤传感技术概述 |
| 1.1.1 光纤传感器工作原理 |
| 1.1.2 光纤传感器分类及优势 |
| 1.2 本论文研究的背景及意义 |
| 1.3 本论文研究的对象及现状 |
| 1.4 本论文主要研究内容及章节安排 |
| 2 F-P腔的光学传感原理及分类 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 F-P型谐振腔的传输理论分析 |
| 2.3 F-P型气体检测传感机理 |
| 2.4 F-P型温度检测传感机理 |
| 3 基于PANI/Co_3O_4敏感材料的双F-P气体传感器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.1 敏感膜制作过程 |
| 3.2.2 聚苯胺/四氧化三钴材料端面涂覆制作F-P传感器过程 |
| 3.3 聚苯胺/四氧化三钴材料及其分析表征 |
| 3.4 不同浓度CO的制备与收集 |
| 3.5 传感器对一氧化碳敏感性能研究 |
| 3.5.1 传感器灵敏度测试 |
| 3.5.2 传感器响应-恢复时间 |
| 3.5.3 传感器气体选择性 |
| 3.5.4 传感器温度和湿度的影响以及稳定性测量 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于光纤端面腐蚀的双F-P温度传感器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 传感器的结构 |
| 4.2.2 传感器的制作过程 |
| 4.3 传感器对温度传感性能研究 |
| 4.3.1 测温系统的搭建 |
| 4.3.2 传感器灵敏度测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于毛细管封装的F-P温度传感器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验方法 |
| 5.3 测温系统的搭建 |
| 5.4 传感器对温度传感性能研究 |
| 5.4.1 传感器温度灵敏度测试 |
| 5.4.2 传感器响应-恢复时间 |
| 5.4.3 传感器稳定性测量 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 结论和展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历、在校期间发表的学术论文及取得的研究成果 |
（7）基于分布式光纤传感的典型结构状态监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 问题提出与研究意义 |
| 1.2 国内外相关研究进展 |
| 1.2.1 结构应变测量常见方法 |
| 1.2.2 结构变形估计常见方法 |
| 1.2.3 绝热层脱粘识别常见方法 |
| 1.2.4 结构损伤在线识别常见方法 |
| 1.3 本文主要研究思路与内容 |
| 1.3.1 论文研究内容 |
| 1.3.2 论文结构 |
| 1.3.3 研究路线与研究方法 |
| 2 板问题中的哈密顿体系理论方法和数值计算方法 |
| 2.1 基本问题 |
| 2.2 矩形板问题边界条件的表述和转换 |
| 2.2.1 矩形板问题边界条件的提法 |
| 2.2.2 非齐次边界条件与齐次边界条件的转换 |
| 2.3 悬臂板问题的哈密顿体系方法 |
| 2.3.1 悬臂板的基本问题 |
| 2.3.2 哈密顿体系和辛本征解 |
| 2.4 板内和表面应变的表达式 |
| 2.5 数值计算方法 |
| 2.6 局部位移计算方法 |
| 2.7 小结 |
| 3 用于结构状态监测的分布式光纤传感器网络设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器传感原理 |
| 3.3 表面粘贴式分布式光纤传感器应变传递规律 |
| 3.4 埋入式分布式光纤传感器应变传递规律 |
| 3.5 分布式光纤传感器网络合理布设策略 |
| 3.5.1 POD理论 |
| 3.5.2 单根分布式光纤传感器布设 |
| 3.5.3 多根分布式光纤传感器布设 |
| 3.6 分布式光纤传感器的布设工艺 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 基于分布式光纤传感器的结构应变场监测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于分布式光纤传感技术的结构应变测量方法 |
| 4.2.1 分布式光纤传感器应变测量系统 |
| 4.2.2 分布式光纤传感器应变测量性能测试 |
| 4.2.3 分布式光纤传感器核心参数 |
| 4.3 基于分布式光纤传感器网络的复合材料板固化监测 |
| 4.4 复合材料板应变场监测试验 |
| 4.4.1 有限元分析 |
| 4.4.2 加载试验 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于分布式光纤传感技术的结构变形估计方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于高密度应变的结构变形估计理论 |
| 5.2.1 基本假设 |
| 5.2.2 基于高密度应变信息的变形计算方法 |
| 5.3 结构变形估计方法的原理性试验验证 |
| 5.3.1 结构变形估计方法的有限元分析 |
| 5.3.2 结构变形估计方法的试验分析 |
| 5.3.3 百分表的测量误差分析 |
| 5.3.4 分布式光纤传感器测量数据的修正 |
| 5.4 基于分布式光纤传感的悬臂板结构变形估计 |
| 5.4.1 实验设置 |
| 5.4.2 分布式光纤传感器测量数据修正方法 |
| 5.4.3 对称载荷下的结构变形估计 |
| 5.4.4 非对称载荷下的结构变形估计 |
| 5.4.5 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 基于分布式光纤应变测量的结构绝热层脱粘识别方法 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于高密度应变信息的绝热层脱粘识别策略 |
| 6.3 基于分布式光纤传感技术的绝热层脱粘识别原理性测试 |
| 6.4 基于分布式光纤传感技术的绝热层脱粘识别方法试验验证 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 基于分布式光纤传感技术的复合材料结构损伤识别方法 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 基于高密度应变信息的结构损伤指标 |
| 7.3 基于损伤指标的结构损伤识别数值验证 |
| 7.4 基于损伤指标的结构损伤识别试验验证 |
| 7.5 基于损伤指标的复合材料翼梢小翼损伤识别 |
| 7.5.1 分布式光纤传感器网络布设 |
| 7.5.2 复合材料翼梢小翼表面应变监测 |
| 7.5.3 基于分布式光纤传感器的翼梢小翼损伤识别 |
| 7.6 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 本文结论 |
| 8.2 创新点摘要 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）复合材料基体裂纹预测分析与光纤光栅检测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 本文使用的主要符号 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 复合材料失效模式 |
| 1.3 复合材料强度理论 |
| 1.4 复合材料基体裂纹破坏理论 |
| 1.4.1 微观力学方法 |
| 1.4.2 计算力学方法 |
| 1.4.3 协同损伤力学方法 |
| 1.4.4 断裂力学方法 |
| 1.4.5 疲劳裂纹理论 |
| 1.5 本文研究的主要内容及技术路线 |
| 1.6 本文主要创新点 |
| 第二章 FBG定量在线监测复合材料基体裂纹的可行性研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 FBG传感原理 |
| 2.3 传输矩阵法 |
| 2.3.1 栅区长度对重构光谱的影响 |
| 2.3.2 均匀应变场中的重构光谱 |
| 2.3.3 非均匀应变场中的重构光谱 |
| 2.4 复合材料层合板基体裂纹监测实验 |
| 2.4.1 复合材料试样准备 |
| 2.4.2 基体裂纹的实验监测 |
| 2.4.3 基体裂纹监测实验结果 |
| 2.5 FBG光谱与裂纹密度间的关系 |
| 2.5.1 含裂纹复合材料的非均匀应变场的计算 |
| 2.5.2 T矩阵法光谱重构的实验验证 |
| 2.5.3 FBG光谱随裂纹密度的变化规律 |
| 2.6 刚度退化与中心波长的关系 |
| 2.6.1 刚度退化 |
| 2.6.2 中心波长 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 基于变分方法的含裂纹复合材料层合板应力应变及刚度退化分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 [α_m/β_n]_s型对称层合板开裂变分分析方法 |
| 3.2.1 含裂纹层合板的应力函数 |
| 3.2.2 控制方程 |
| 3.2.3 刚度退化方程 |
| 3.3 案例验证 |
| 3.4 刚度退化分析 |
| 3.5 应力分布 |
| 3.6 应变分布 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 基于损伤力学方法的复合材料层合板基体裂纹预测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 损伤力学基础 |
| 4.3 树脂二维损伤本构关系 |
| 4.4 损伤引发与演化规律 |
| 4.5 数值方法与UMAT子程序 |
| 4.6 基于跨尺度模型对层合板性能的预测 |
| 4.6.1 模型建立 |
| 4.6.2 裂纹起始与扩展 |
| 4.6.3 裂纹密度 |
| 4.6.4 横向就地强度 |
| 4.6.5 横向层刚度退化 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 XFEM/CZM耦合方法预测复合材料基体裂纹及其诱导的层间分层 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值模拟方法与策略 |
| 5.2.1 XFEM预测层内横向基体裂纹 |
| 5.2.2 混合模式CZM预测层间分层 |
| 5.2.3 弹塑性本构 |
| 5.3 网格敏感性测试 |
| 5.3.1 XFEM增强单元的敏感性 |
| 5.3.2 内聚力单元的敏感性 |
| 5.4 实验 |
| 5.4.1 DCB实验 |
| 5.4.2 ENF实验 |
| 5.4.3 ±45°铺层压缩实验 |
| 5.4.4 开孔拉伸实验 |
| 5.5 层合板开孔拉伸试验虚拟测试 |
| 5.5.1 塑性应变-有效应力曲线 |
| 5.5.2 模型细节 |
| 5.5.3 横向基体裂纹与分层 |
| 5.5.4 断裂强度 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表的论文 |
| 致谢 |
（9）基于光纤光栅传感器的智能复合材料构建与状态监测技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 智能复合材料研究现状 |
| 1.2.1 FBG传感器与复合材料的集成 |
| 1.2.2 智能复合材料固化成型过程监测 |
| 1.2.3 智能复合材料状态监测 |
| 1.3 主要研究内容及创新点 |
| 1.3.1 主要研究内容 |
| 1.3.2 本文创新点 |
| 第2章 内埋FBG的智能复合材料构建与成型过程监测 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤光栅传感机理 |
| 2.2.1 光纤光栅应变传感模型 |
| 2.2.2 光纤光栅温度传感模型 |
| 2.3 原材料及实验设备 |
| 2.4 智能复合材料构建方案 |
| 2.4.1 FBG传感器交叉敏感解决方案 |
| 2.4.2 FBG传感器引出方式及保护 |
| 2.4.3 智能复合材料制备过程 |
| 2.4.4 植入FBG传感器对复合材料微观形貌的影响 |
| 2.5 智能复合材料固化成型过程监测 |
| 2.5.1 固化过程的FBG监测系统 |
| 2.5.2 固化温度的FBG监测 |
| 2.5.3 固化应变的FBG监测 |
| 2.5.4 前后两次降温过程的应变差减 |
| 2.6 小结 |
| 第3章 智能复合材料中FBG传感器响应特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 复合材料层合板的应力应变关系 |
| 3.3 不同厚度方向FBG传感器温度响应特性 |
| 3.3.1 实验设置 |
| 3.3.2 FBG传感器温度响应特性分析 |
| 3.4 加载距离对FBG传感器动静态载荷响应特性的影响 |
| 3.4.1 实验设置 |
| 3.4.2 加载距离对FBG传感器静态载荷响应特性影响 |
| 3.4.3 加载距离对FBG传感器动态载荷响应特性影响 |
| 3.5 加载角度对FBG传感器动静态载荷响应特性的影响 |
| 3.5.1 实验设置 |
| 3.5.2 加载角度对FBG传感器静态载荷响应特性影响 |
| 3.5.3 加载角度对FBG传感器动态载荷响应特性影响 |
| 3.6 小结 |
| 第4章 基于神经网络的损伤识别技术研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 结构动态特性分析 |
| 4.3 基于BP神经网络的模拟损伤识别 |
| 4.3.1 BP神经网络原理 |
| 4.3.2 损伤识别系统搭建 |
| 4.3.3 损伤设置及仿真 |
| 4.3.4 实验结果与分析 |
| 4.4 基于深度神经网络的穿孔损伤识别 |
| 4.4.1 深度神经网络原理 |
| 4.4.2 损伤识别系统搭建 |
| 4.4.3 实验结果与分析 |
| 4.5 小结 |
| 第5章 基于深度神经网络的冲击位置识别研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 冲击位置识别实现方案 |
| 5.2.1 冲击位置识别方法 |
| 5.2.2 PCA特征降维 |
| 5.2.3 整体实现方案 |
| 5.3 实验结果与分析 |
| 5.3.1 系统构建 |
| 5.3.2 信号特征提取 |
| 5.3.3 模型训练 |
| 5.3.4 模型测试 |
| 5.4 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和专利 |
| 致谢 |
| 附件 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（10）基于智能结构仿生自修复的多功能液芯光纤关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 液芯光纤研究现状 |
| 1.2.1 液芯光纤概述 |
| 1.2.2 液芯光纤的研究现状 |
| 1.3 复合材料智能结构仿生自修复研究现状 |
| 1.3.1 复合材料智能结构概述 |
| 1.3.2 复合材料结构仿生自修复研究现状 |
| 1.4 液芯光纤在复合材料智能结构仿生自修复中的应用概述 |
| 1.5 论文主要研究内容 |
| 第2章 多功能液芯光纤纤芯材料的研制机理及其性能研究 |
| 2.1 光化学反应机理 |
| 2.1.1 光化学基础 |
| 2.1.2 光固化反应 |
| 2.2 纤芯材料的组成 |
| 2.2.1 低聚物的选择 |
| 2.2.2 单体的选择 |
| 2.2.3 光引发剂的选择 |
| 2.3 纤芯材料相关性能的研究方法 |
| 2.3.1 折射率的测量方法 |
| 2.3.2 黏度的测量方法 |
| 2.3.3 硬度的测量方法 |
| 2.3.4 附着力测试方法 |
| 2.4 纤芯材料的性能研究 |
| 2.4.1 不同光引发剂对纤芯材料性能的影响 |
| 2.4.2 单体的含量对纤芯材料性能的影响 |
| 2.4.3 光引发剂的含量对纤芯材料性能的影响 |
| 2.5 修复光源的选择 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 多功能液芯光纤结构设计与传光机理及其特性研究 |
| 3.1 液芯光纤结构设计 |
| 3.2 液芯光纤传输理论 |
| 3.2.1 液芯光纤中子午光线的传输原理 |
| 3.2.2 液芯光纤中空间光线的传输原理 |
| 3.3 液芯光纤的传输损耗研究 |
| 3.3.1 液芯光纤的传输损耗 |
| 3.3.2 液芯光纤传输损耗实验研究 |
| 3.4 液芯光纤承载性能研究 |
| 3.4.1 液芯光纤承载损耗理论分析 |
| 3.4.2 液芯光纤加载测试装置 |
| 3.4.3 结果分析与讨论 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于多功能液芯光纤的复合材料结构损伤自修复研究 |
| 4.1 基于多功能液芯光纤的复合材料结构损伤自修复过程 |
| 4.2 液芯光纤的涂覆层 |
| 4.2.1 涂覆层材料 |
| 4.2.2 涂覆层及带有涂覆层的液芯光纤的研制 |
| 4.2.3 涂覆层的光屏蔽性能及其粘结性能 |
| 4.3 复合材料的透光性能研究 |
| 4.4 多功能液芯光纤的埋入对复合材料板型结构性能的影响 |
| 4.4.1 三点弯曲实验方法 |
| 4.4.2 多功能液芯光纤的埋入对复合材料的性能影响 |
| 4.5 复合材料板型结构损伤及其裂纹扩展方式研究 |
| 4.6 复合材料结构损伤自修复研究 |
| 4.6.1 复合材料结构损伤自修复性能研究 |
| 4.6.2 不同修复剂对复合材料结构修复性能的影响 |
| 4.7 本章总结 |
| 第5章 基于多功能液芯光纤的典型复合材料智能结构损伤监控系统及方法 |
| 5.1 远程监测系统的总体设计方案 |
| 5.2 系统硬件设计 |
| 5.2.1 光源 |
| 5.2.2 基于多功能液芯光纤的典型复合材料智能结构 |
| 5.2.3 光电检测电路 |
| 5.2.4 ARM微处理器 |
| 5.2.5 A/D转换器 |
| 5.2.6 GPRS无线通信模块 |
| 5.3 嵌入式系统硬件开发平台 |
| 5.4 系统相关软件设计 |
| 5.4.1 ADC应用程序的设计 |
| 5.4.2 GPRS网络数据传输及其应用程序的设计 |
| 5.4.3 远程监控中心软件的设计 |
| 5.5 基于GA-SVRM的典型复合材料智能结构承载定位方法 |
| 5.5.1 支持向量机理论 |
| 5.5.2 遗传算法优化原理 |
| 5.5.3 基于GA-SVRM的承载定位过程 |
| 5.6 基于模糊控制算法的典型复合材料智能结构仿生自修复方法 |
| 5.6.1 模糊控制系统的设计原理 |
| 5.6.2 模糊控制仿生自修复系统的设计 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 多功能液芯光纤在典型复合材料智能结构中的应用研究 |
| 6.1 典型复合材料智能结构损伤仿生自修复 |
| 6.2 损伤定位结果分析与讨论 |
| 6.3 损伤仿生自修复结果分析与讨论 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 创新点总结 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、光纤折射率传感器监测复合材料固化机理的研究（论文参考文献）
- [1]单向碳纤维/环氧树脂层压复合材料升温过程应变场的原位测量和有限元分析[D]. 杨尚. 东华大学, 2021(09)
- [2]三维编织复合材料升/降温过程中原位应变场变化规律[D]. 刘珊. 东华大学, 2021(09)
- [3]应变光纤Bragg光栅传感器的研制及工业应用[D]. 张雷达. 山东大学, 2020
- [4]基于激光超声的环氧树脂固化过程监测方法研究[D]. 张彦杰. 北京科技大学, 2020(01)
- [5]基于光纤传感的高超声速飞行器表面温度、应变及压力监测技术研究[D]. 杨润涛. 合肥工业大学, 2020(01)
- [6]基于法布里—珀罗干涉的光纤传感器的研究[D]. 彭进. 重庆理工大学, 2020(08)
- [7]基于分布式光纤传感的典型结构状态监测研究[D]. 单一男. 大连理工大学, 2020(01)
- [8]复合材料基体裂纹预测分析与光纤光栅检测研究[D]. 孙亮亮. 武汉理工大学, 2019(01)
- [9]基于光纤光栅传感器的智能复合材料构建与状态监测技术研究[D]. 耿湘宜. 山东大学, 2018(12)
- [10]基于智能结构仿生自修复的多功能液芯光纤关键技术研究[D]. 沈令斌. 南京航空航天大学, 2017(02)