光纤Bragg光栅应变传感器在桥梁结构监测中的应用

为了更准确了解桥梁结构变化情况,提出了一种新的检测方法。采用串联式组网方法,用光纤Bragg光栅(FBG)表面式应变传感器,对大桥左线衬砌裂缝及其长期变形进行监测。对裂缝存在区域的20个监测断面进行近一年的监测结果表明,对温度(测量记录最大温差6.4℃)进行补偿后,光纤Bragg光栅应变传感器的应变在正常范围内,表明在监测期桥梁结构稳定无异常变化。     

用FBG传感器监测框架-剪刀墙结构裂缝

在结构健康监测中,为了判断 混凝土结构是否开裂,开发了基于光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,简称FBG)的应变 传感器。在钢筋混凝土框架 剪力墙结构模型的振动台破坏试验中应用该传感器进行监测 。试验表明,应用FBG应变传感器可直观且准确地监测到结构局部钢筋的应变变化。据此推算 出构件表面的混凝土拉应变,在与混凝土的极限拉应变比较后,可较准确地判断结构是否开裂 。     

用FBG传感器监测框架-剪力墙结构裂缝

在结构健康监测中,为了判断混凝土结构是否开裂,开发了基于光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,简称FBG)的应变传感器。在钢筋混凝土框架-剪力墙结构模型的振动台破坏试验中应用该传感器进行监测。试验表明,应用FBG应变传感器可直观且准确地监测到结构局部钢筋的应变变化。据此推算出构件表面的混凝土拉应变,在与混凝土的极限拉应变比较后,可较准确地判断结构是否开裂。     

微型FBG应变传感器在大坝模型实验中的应用

为了对大坝的地震安全性能进行准确可行的评价,在大坝模型实验中应用了自行开发的微型光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)应变传感器.通过分析FBG应变传感器在每级地震作用下产生的残余应变、峰值应变,得到大坝的内部变形和裂缝发展情况,进而对大坝的地震安全性能进行评价.实验结果表明,该传感器能够及时准确地监测大坝模型在地震荷载作用下内部混凝土变形以及开裂情况,对结构的损伤进行识别和预警.通过对比有筋坝段和无筋坝段的变形和开裂情况得知,在模型的薄弱位置布设钢筋可以有效抑制裂缝的产生以及发展,提高大坝的抗震性能.     

浅析混凝土裂缝预防与处理技术

混凝土表面的裂缝是混凝土结构中的一种极为普遍的现象。章文着重论述了混凝土表面裂缝产生的原因,以及裂缝对混凝土的结构性能的危害,提出了混凝土表面裂缝处理的预防与处理技术,以供参考。     

基于准分布式FBG阵列的大型机械结构应变监测研究

针对机械加工制造中大型机械结构部位、尤其是壁板类零件在工况中受强过载容易造成结构强度失效等问题,采用准分布式光纤布拉格光栅(FBG)阵列对常见板状结构局部应变进行准分布式监测研究。在对应变传感器理论分析的基础上,结合波分复用技术,在一根光纤上接入9支FBG构成传感阵列,使其分布在板状结构表面。通过有限元理论分析与局部加载试验验证,证明了准分布式FBG传感阵列对大型机械结构进行应变监测的可行性。研究结果为结构健康监测提供了一种可靠的应变监测方法,为进一步研究准分布式FBG阵列的位置布局提供了有利的试验依据。     

光纤微弯传感器及其大桥分布应变场监测系统的研究

本文研究一种基于光时域反射(OTDR)技术的光纤微弯应变传感器系统,设计了适合不同工程需要的拉应变、压应变、拉压双向应变测量的传感器新结构,给出系统的测量原理,完成了系统的应变-光功率关系曲线试验.该系统拟用于大桥工程结构的分布应变场实时监测系统中以监测大桥结构的整体安全性.实验室中在钢架桥梁上做的三点分布应变实时监测系统模拟试验取得了良好的结果.     

基于静动载测试技术的连续多室箱梁力学性能研究

在静动载测试技术的试验荷载作用下,检验桥梁结构的承载能力是否能满足设计标准,评价桥梁结构的力学特性和工作性能等均至关重要。为获得某预应力混凝土连续多室箱梁桥的静动力性能,开展了某预应力混凝土连续多室箱梁桥的静动载测试技术试验研究。测试结果表明,主要测点实测应变值和挠度值均小于理论计算值,且卸载后预应力混凝土连续多室箱梁桥主要测点相对残余应变率和变形率均小于20%,表明结构处于弹性工作状态;通过动载试验可知预应力混凝土连续多室箱梁桥实测各阶频率均大于相应理论计算频率值,表明预应力混凝土连续多室箱梁桥实际整体刚度良好。静动载测试技术可为同类结构测试提供可靠测试技术方法,将会产生良好的经济效益与社会效益。     

用于板壳应变检测的新型FBG传感器

在板壳材料实际装配过程中,由于预应力和尺寸位置偏差等因素的存在会产生装配变形,研究变形和应变分布最常用的方法是利用光纤光栅传感器阵列对其进行检测。目前表面粘贴式光纤光栅(FBG)传感器的封装体积较大,很难与工件达到完全贴合,检测精度低,难以实现大曲率跨度结构的变形检测。根据光纤光栅传感理论,研究并设计了适用于变曲率板壳结构的不锈钢箔片封装FBG传感器,使得该传感器能够与工件实现最大程度的贴合。同时利用悬臂梁加载试验对其应变灵敏度系数进行标定,采用ANSYS有限元软件和试验结果进行分析对比。结果表明,新型封装传感器提高了应力测量灵敏度且适应曲率为0. 005～0. 0075的板壳结构变形检测。     

混凝土SHPB动态抗压试验数值模拟研究

分离式霍普金森杆Split Hopkinson pressure bar(SHPB)试验装置被广泛用于材料在高应变率下力学行为的测量。基于KC局部损伤混凝土模型对混凝土材料动态抗压试验进行数值模拟,利用SHPB二波法理论重构了混凝土试件的应力应变曲线,分析了混凝土试件破坏规律,证明了KC局部损伤混凝土模型能较好的模拟混凝土在高应变率条件下的混凝土动态抗压的力学行为,考量了应变率效应对混凝土动态强度的影响,讨论并证明了混凝土动态抗压强度的增加主要来源于结构效应而非材料属性的改变。     

光纤Bragg光栅测力环在系杆拱桥中的应用

针对系杆拱桥索力长期监测的特点，研制了光纤Bragg光栅锚索测力环。光纤光栅测力环具有测试精度高、测试简单方便、长期可靠性好和抗干扰能力强等突出优点。介绍了光纤光栅测力传感器的结构特点和研究过程，及其在系杆拱桥换索施工中的成功应用。应用结果表明，光纤光栅测力传感器可有效监测钢管混凝土系杆的受力状况。     

Additive manufacturing and characterization of a load cell with embedded strain gauges

In this paper we present the exploitation of Fused Filament Fabrication (FFF) to manufacture a load cell using double extrusion of conductive and non-conductive commercial materials in a single-step printing cycle. A load cell with four embedded strain gauges, manufactured with tailored process parameters and strategies, was used to deposit the conductive filament to obtain near equal electrical resistance values among the four strain gauges, aiming to connect them in a full Wheatstone bridge configuration. Subsequently, several tests were performed, firstly to understand the behavior of each strain gauge and then to characterize the load cell. The tests showed that the strain gauges are sensible to compressive and tensile deformation and that the load cell's voltage, obtained by connecting the four strain gauges in a full Wheatstone bridge, decreases as the force applied increases. This work demonstrates the potential of FFF technology in the sensor manufacturing field and that it is possible to integrate sensitive elements into non-sensitive elements without an additional assembly process by using low-cost commercial filaments and 3D printers.     

电子束毛化技术在散热领域的应用研究

电子束毛化技术是一种新型的表面改性技术,可以在材料表面制备各种形状的凸起阵列,进而有效增加材料的表面积,因此在散热领域有较大的应用前景.文中通过对比试验,研究了6063铝合金毛化试样的散热、表面处理和耐腐蚀性能.研究显示,具有较高凸起且密集排列的毛化试样可以有效提高6063铝合金的散热性能.毛化过程对6063铝合金的表面导电氧化和耐腐蚀性无影响,但特定的毛化结构会影响材料的表面处理性能.此外,还要考虑毛刺刚性在长期使用过程中对散热效果的影响.     

Strain gradient plasticity based finite element analysis of ultra-fine wire drawing process

Steady-state rigid-plastic finite element analysis coupled with strain gradient plasticity theory has been performed to examine the size effect of material on its plastic deformation behavior and find an optimal semi-cone angle of die which minimizes the drawing energy in the ultra-fine wire drawing process. A stream-line tracing method was adopted to calculate strain component at each element and a strain surface function was introduced to compute the equivalent strain gradient of each element. Introduction of this function enables us to use an established FE code without renewal of its main structure. Hence, the constitutive equation in FE formulation is changed to couple the strain gradient plasticity. A series of FE simulation reveals that significant differences in drawing stress are observed when material size approaches its intrinsic material length. When the strain gradient plasticity theory is reflected on the steady-state FE analysis, the optimal semi-cone angle of the die is reduced by 30%. The variation of optimal semi-cone angle is attributable to considerable increment of homogeneous deformation when the material size reaches its intrinsic material length.     

基于光纤布拉格光栅的玄武岩纤维智能片材研究

提出了一种掺入光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,FBG)的玄武岩纤维增强塑料(basalt fiber reinforced plastics,BFRP)智能片材,将其作为传感器用于混凝土结构应变监测。将FBG掺入BFRP可实现对FBG良好保护,改善FBG传感性能。提出了FBG-BFRP智能片材的制备方法,测试并分析了FBG-BFRP智能片材的传感特性,证明FBG-BFRP智能片材具有较好的传感性能。     

基于弹塑性理论的高速铣削表面粗糙度力学建模

基于分子—机械摩擦理论,提出了已加工表面残留高度的力学模型。并根据热—弹塑性大变形理论,对材料的流动应力方程(非线性)进行了分析,推导出了材料的应变硬化、应变率和温度与切削变形应力增量的关系,研究了不同材料(45钢和3Cr2Mo模具钢)已加工表面残留高度的实验结果,分析了材料物理性能对加工表面粗糙度的影响。     

直角切削过程中应变的有限元分析

基于材料模型,断裂准则,刀具与工件以及切屑的接触关系等建立了分析直角切削过程中应变的有限元模型。根据有限元分析结果分析了正常切削过程中3个变形区和两侧方向应变以及应变造成的主要影响,两侧方向应变形成了两侧方向毛刺;第一变形区和第三变形区的应变使工件表面产生了变质层;第一变形区和第二变形区形成切屑并影响切屑的应变分布。     

粗糙体变形特性对接触过程的应力与应变的影响

运用W-M函数生成分形粗糙表面,建立一个新的双粗糙体接触模型,采用有限元方法模拟仿真了在粗糙体不同变形特性条件下的接触过程,并分析了接触表面的应力分布及不同接触位置的塑性应变随深度的变化规律．结果表明双粗糙接触表面的应力主要集中在个别的较高微凸体上,其应力最大值出现在微凸体肩部区域的位置;等效塑性应变在不同位置沿深度的变化,呈现出不同的规律,微凸体顶部区域沿深度方向的最大等效塑性应变均发生在次表层,材料表层下的塑性应变将会导致材料表层中的夹杂或微观缺陷周围萌生微孔和裂纹源,对比不同变形特性的模型,得出弹塑性一刚体模型的最大应力及应变值都大于弹塑性一弹塑性模型。