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電氣工程學院測試計量技術(shù)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(wǎng)絡優(yōu)化配置研究缺陷檢測驗證實驗總結(jié)與展望選題背景復合材料強度高壽命長質(zhì)量輕安全性好

先進復合材料能夠滿足航天技術(shù)輕量化、長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(jié)構(gòu)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(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(zhì)量的監(jiān)測具有重要意義。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、復用能力強，即使大量鋪設網(wǎng)絡，對大型航空航天設備結(jié)構(gòu)中對結(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(nèi)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(lǐng)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(qū)動器發(fā)射彈性波，成功實現(xiàn)航空用復合材料內(nèi)部損傷的檢測2009年，常琦等人采用FBG傳感器測量結(jié)構(gòu)應變場分布，大型碳纖維復合材料機翼盒段壁板結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guān)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(jié)果的影響；進行復合材料缺陷檢測實驗，驗證FBG傳感器網(wǎng)絡配置效果，為FBG傳感器網(wǎng)絡的優(yōu)化設計提供依據(jù)。1324主要工作技術(shù)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(zhì)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(jié)構(gòu)，研究FBG傳感器的波長偏移與載荷關(guān)系特性，采用仿真分析平板結(jié)構(gòu)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(shù)難點與創(chuàng)新點研究思路

系統(tǒng)工作原理：

膠層內(nèi)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(nèi)部，構(gòu)成分布式傳感網(wǎng)絡，

通過建立膠層內(nèi)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(guān)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(wǎng)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(gòu)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(jié)與展望總結(jié)展望成果總結(jié)

對復合材料膠層FBG傳感器網(wǎng)絡缺陷檢測進行了初步的探索，證明通過FBG傳感網(wǎng)絡系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠反映構(gòu)件內(nèi)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(wǎng)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(wǎng)絡進行優(yōu)化配置，使傳感器網(wǎng)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(jié)構(gòu)應變監(jiān)測網(wǎng)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