一种对温度不敏感的光纤布拉格光栅加速度计

提出了一种新型的基于光纤布拉格光栅(FBG)反射带宽和反射光功率测量的加速度计,其是将单根FBG斜向粘贴在矩形简支梁侧面构成的,通过在简支梁中间粘贴重物感应竖直方向的加速度,通过梁的弯曲改变FBG反射带宽和反射光功率。实验结果表明:FBG的反射带宽具有很好的线性响应,其测量范围可达到8g,因带宽展宽造成FBG的反射率降低,因此反射光功率的线性响应范围只有4g;带宽和功率灵敏度分别为0.4nm/g和4.57μW/g;由于温度仅改变FBG的布拉格波长,而对其反射带宽和光功率几乎没有影响,所以加速度计对温度变化不敏感。     

基于非均匀调制模型的完全非平稳多点地震动特性分析与模拟

通过引入非均匀调制函数模型,实现了对地震动时频非平稳特性起重要作用的时变功率谱的模型化,结合模型参数识别方法,验证了利用所采用非均匀调制函数模型来表征地震动时频非平稳特性的有效性.同时,利用SMART1台阵记录,对非均匀调制函数参数的空间变化特性进行了分析,并探索了利用非均匀调制函数参数化模型实现完全非平稳多点地震动模拟的方法.算例分析表明,该方法不仅避免了传统演变谱法实现过程中对时变功率谱理论模型进行简化所带来的不足,而且可同时考虑空间地震动的相干效应、行波效应并与目标反应谱拟合较好,在实际工程中具有较强的推广应用价值.     

非晶聚合物平面应变拉伸大塑性变形的数值模拟

将基于应变软化玻璃状高分子材料微观特征建立的ＢＰＡ 分子网络模型引入适于变形局部化分析的大变形弹塑性有限元驱动应力法,数值模拟了非晶聚合物材料平面应变拉伸变形局部化扩散过程,并与实验结果进行比较,验证了模型和算法的有效性。在此基础上,探讨了ＢＰＡ模型的微观参数对局部化传播过程中平面应变拉伸颈缩截面的非均匀应力三轴效应的影响     

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828 m 的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明：设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。     

交替温度对FBG性能蜕化的影响机理及试验研究

纤芯折射率调制深度是影响布拉格光纤光栅(FBG)蜕化的唯一参数,仿真分析了折射率调制深度对反射谱峰值、过零带宽的影响。利用能级跃迁理论揭示了环境冲击引起势阱电子溢出,进而引起折射率调制深度减小的FBG性能蜕化连环影响机理。设计了试验系统,利用高低温循环试验分别对4个不同应变工况下的FBG进行加速蜕化作用。实验结果表明:温度循环交替冲击会使FBG产生较快的蜕化现象;在各个蜕化阶段,应变越大的FBG蜕化效应愈明显,施加应变为1 500με的FBG在1 000个交变循环后,反射光谱几乎就难以识别,失去传感能力。     

基于力电耦合效应的非均匀压电材料断裂问题研究

作为一种智能材料,非均匀压电材料广泛应用于航空航天、军事等领域,由于其脆性,材料中的微裂纹对结构寿命影响较大。基于非均匀压电材料的本构关系,几何关系和边界条件,利用分层法的原理进行材料的梯度划分,分析了力电耦合效应下非均匀压电材料中的断裂问题。建立含裂纹非均匀压电板的有限元模型,讨论了力电耦合效应下不同梯度参数、不同裂纹形状、不同裂纹尺寸以及不同梯度函数对裂纹周围应力和电位移分布的变化规律。首次提出几何过程函数来进行非均匀材料属性的调控,实现材料参数的随机递增/随机递减。数值结果给出了在力电耦合效应下,裂纹周围应力和电位移的分布规律;梯度参数的增大使裂纹周围应力和电位移增大;裂纹几何尺寸变小,裂纹周围应力增大而电位移减小且椭圆形裂纹周围应力要大于圆形裂纹。因此,在非均匀材料结构设计中,梯度参数应在可使用范围内选取较小值;选择不同梯度函数的对裂纹周围的应力和电位移有一定影响,这对于非均匀压电材料结构设计及实际应用起到借鉴作用。     

考虑非均匀收缩徐变的PC箱梁桥时变性能

为研究箱梁顶板、底板及腹板厚度差异引起的非均匀收缩徐变效应,分析了某三跨预应力混凝土(PC)连续箱梁桥时变性能.考虑混凝土抗压强度、弹性模量的时变性,分别建立模拟实际悬臂施工顺序的实体单元及梁单元有限元模型,比较成桥后在均匀及非均匀收缩徐变下的结构变形、混凝土应力和钢束应力.同时将长期挠度、钢束应力与相应规范值进行对比,并估算了车辆荷载及非均匀收缩徐变导致跨中底板出现拉应力和裂缝的时间.结果表明,与均匀收缩徐变相比,非均匀收缩徐变对跨中长期下挠影响较小,而对混凝土应力影响较大,在箱梁设计中应予以考虑.     

光源谱宽通过光纤色散对AOCS输出的影响

基于光纤色散引起的脉冲展宽效应,在理论和实验上研究了有源光学电流传感器（AOCS）中宽带光源对系统输出的影响．理论结果表明：对于长度为500m的光纤,当光源谱宽在40—60nm之间变化时,多模光纤传输下的脉冲展宽范围在0．5～0．8ns,单模光纤传输下的脉冲展宽范围在2×10^-5～4×10^-5,信号衰减量对系统输出影响很小,且随光源谱宽的增加而有微弱的增加,实验与理论相符合．     

薄板应力功率谱密度仿真与实验验证

为避免出现因时域信号过长而无法加载的情况,可将时域信号转化为功率谱密度,在频域下研究振动载荷下的疲劳特性.采用传递函数方法对疲劳失效部位进行精准定位,进而获得该位置处的应力功率谱密度,并进行实验验证.研究表明,根据传递函数方法可以精确获得危险部位处的应力功率谱密度,为频域内疲劳寿命预测的研究提供理论基础和载荷数据支撑.     

基于新型FBG传感器的温度应变测试系统

为了能够同时监测温度与应变信息,设计了一种新型FBG系统,该系统采用线性啁啾光纤光栅结构,并设计了线性渐变厚度的FBG外形结构。针对新型FBG的外形结构进行了理论分析,推导了其对温度和应变的函数关系,给出了应变与轴向位置的具体形式。仿真分析了温度与波长偏移量的关系,并且分析了在不同轴向位置及应力水平条件下系统的应变值数据分布。仿真结果显示对于新型FBG而言温度与波长呈线性变化关系,应变受应力与z轴位置的影响而单调改变。由此从理论分析与仿真计算的角度验证了新型FBG传感器的可行性。     

交通荷载作用下埋地管道应力分析与现场测试

为研究交通荷载作用下管道结构的力学响应特性,应用线弹性力学理论,将车辆轴载下埋地管道的静力计算问题分解成3个部分依次求解：基于Boussinesq解答的管顶附加土压应力计算,基于Winkler弹性地基梁模型的管道纵向应力计算,基于Iowa公式的管道环向应力计算. 在此基础上探讨轮压、管道埋深、轮-管水平距离、管-土相对刚度、土壤阻力模数等参数对埋地管道力学性状的影响规律. 此外,应用光纤光栅传感器,对某供水管道在车载作用下的应变响应进行现场测试. 理论计算方法和测试结果对比分析表明：采用该传感器监测管道表面应变具有较高的精度和灵敏度;管顶轴向应变峰值对车速的不敏感;采用静力计算方法分析车辆荷载作用下埋地管道的应力问题具有合理性．     

光纤布拉格光栅的横向效应研究

光纤布拉格光栅FBG测量应变是基于光纤轴线方向的应变响应，但在复杂应力状态下，当应变主方向与光纤轴向有一定角度时，光纤的应变响应就存在误差。采用电阻应变片横向效应系数的测量装置，得到单向应变场，验证了光栅横向应变效应的存在。光纤光栅的横向效应系数比应变片的横向效应系数要小，在某些情况下可以忽略，但是在复杂应力状态下，必须考虑其横向效应的影响。     

混凝土材料早期性能监测方法比较研究(英文)

混凝土早期硬化阶段产生的不均匀收缩是导致混凝土结构后期裂缝的主要原因之一,因此,混凝土硬化养护期的收缩应变监测对改善养护过程,控制其结构内部应变分布,保证整个建筑物的质量及安全都是非常有益的.本文运用包括埋设型光栅布拉格光纤传感器,KM系列埋设型应变传感器,热电偶温度计等三种不同传感器交叉组合了三种不同的方法对混凝土试件硬化早期的水化温度、收缩应变进行了实时监测.结果表明三种不同方法都比较精确度监测到了混凝土硬化早期的温度和收缩应变.通过对三组监测结果的分析得出了三种监测方法的优缺点,本文的研究对于混凝土早期性能监测用传感器的选择有现实的指导意义.     

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

Engineering approach to in-situ bridge health monitoring with fiber bragg gratings

It is well known that transportation is the economiclifeline of a country and bridges are the throat of com-munication.At present,there are about5000thou-sands of main highways in China,among which overone third are structurally defective,more or less dam-aged and potentially threatened by functional degrada-tion.Some of the key bridges need to be monitored,e-valuated and maintained,repaired or reinforced.Largeand important bridges are always designed to work formany decades or even longer.Ac…     

应用FBG传感器测量高性能混凝土梁养护早期性能

在高性能混凝土构件无载荷养护早期,混凝土较大的自生收缩和温度变形在混凝土结构内部产生微裂纹将对高性能混凝土结构的耐久性产生不可忽视的影响。运用光纤布拉格光栅（FBC）埋设型传感器成功检测了高性能混凝土梁构件在其无载养护早期的应变和温度变化。由于布拉格光栅同时感应温度变化和应变,因此需要设置FBG温度传感器来补偿应变传感器的温度影响。FBG双传感器成功检测了高性能混凝土梁构件的早期变形性能和温度变化,试验结果表明高性能混凝土梁在养护早期无载阶段的自收缩变形比较大,浇注养护18h达到430με的最大值,同时分析了减水剂用量对高性能混凝土早期变形性能的影响。     

光纤布拉格光栅监测系统在现场监测混凝土挡土墙早期性能中的应用（英文）

应用光纤布拉格光栅温度传感器和应变传感器现场监测了混凝土挡土墙浇注早期的变形和温度变化情况。由于光纤布拉格光栅同时感应温度和变形,需要用布拉格光栅温度传感器对应变传感器进行温度补偿。监测结果表明,光纤布拉格光栅监测系统适用于混凝土早期性能的现场监测,通过与普通传感器监测结果对比,光纤传感器的结果更稳定,准确,且该监测系统可继续对混凝土结构的中长期性能进行实时监测。     

埋入式光纤光栅界面应变传递机理与误差修正

光纤光栅应变传感的准确程度主要取决于光纤、保护层和黏贴层以及基体材料的物理力学性能,即各层间应变传感的界面传递特性.本文以埋入式光纤光栅作为研究对象,推导出了考虑多层界面应变传递的光纤光栅应变传感的统一表达式.通过定义平均应变得到了光纤光栅应变传感的误差与修正公式.针对自行开发的埋入式光纤光栅管式封装应变传感器和FRP-OFBG应变传感器,研究了相应的应变传递误差规律和影响因素,给出了相应的误差修正系数,并通过试验加以验证.为埋入式光纤光栅封装应变传感器的开发与工程应用提供了理论基础.     

重载沥青路面结构组合的抗车辙性能分析

为研究结构组合对沥青混合料抗车辙性能的影响,首先对所设计的7种沥青混合料进行动态模量及单层车辙试验,得到基本材料参数及抗车辙性能;然后对7种混合料组合而成的3种路面结构在重载条件下进行双层结构车辙试验,并与单层车辙试验结果进行对比分析;最后,应用光纤光栅智能测试技术对实际路面进行现场应变测试,根据不同路面结构三向应变测试结果评价实际重载沥青路面结构的抗车辙性能．结果表明,单层车辙试验难以准确反映路面结构的抗车辙性能,而双层车辙试验效果良好．在设计抗车辙路面时要考虑不同面层的模量组合,才能最大程度地发挥各层混合料的抗车辙性能．     

FBG传感技术在大坝安全监测中的应用研究

在阐述光纤布喇格光栅(FBG)传感器工作原理的基础上，研究了光纤光栅传感器在混凝土结构中的埋设技术。通过对混凝土结构施加载荷，探讨了光纤光栅传感器对混凝土结构内部应力应变变化的监测技术，并与振弦式应变传感器的监测结果进行了对比分析。结果表明：FBG传感器具有更高的精度和灵敏度，可实现绝对数值测量，抗干扰能力强，结构简单，长期稳定性好，能实现实时、在线监测。该技术在大坝安全监测方面具有广泛的应用前景。