可调谐长周期光子晶体光纤光栅压力传感的实验研究

采用超连续谱做宽带光源和金属丝施加周期性压力,在高非线性光子晶体光纤(HNL-PCF)上产生了长周期光纤光栅(PLPG),测定了脉冲透射谱峰值和压力的关系。实验表明,在20～60N范围内,压力和透射谱峰值的线性度达到0.9953,灵敏度达到0.5dB/N。     

光纤光栅局部受温特性分析

应用传输矩阵法建立了光纤光栅局部受温时的反射谱变化模型,并进行仿真分析。理论分析表明：当光纤光栅某段所受温度瞬态变化时,其反射谱不再保持单个谐振峰,而是产生分裂点,且分裂点波长随温度的变化呈线性、周期性移动,同时给出了分裂点波长线性、周期变化的表达式。通过实验进一步研究,实验结果和理论分析相吻合。     

不同曝光条件下均匀周期布拉格光纤光栅特性

通过实验研究了在均匀周期布拉格光纤光栅制作过程中,不同曝光条件对光纤光栅反射特性和透射特性的影响。研究结果表明,光纤光栅的反射率与曝光脉冲能流密度和曝光时间成非线性关系,同时曝光条件下不同会导致短波损耗峰值变化,中心波长偏移以及光栅带宽变化。     

光纤Bragg光栅液位传感器的传输理论及数值模拟

针对一种光纤Bragg光栅的液位传感器,采用传输矩阵法和多层模法对光在传感器光栅段的传输特性进行了详细分析。将在液体中与空气中两部分光栅的传输矩阵和光栅边界处的传输矩阵依次相乘,得出整段光栅的传输矩阵,进而得到整段光栅的传输特性。利用Matlab对液位传感器光栅段的传输特性进行数值模拟,得出了光纤Bragg光栅的反射率变化量随液位变化的规律,为实验研究奠定了基础。     

长周期光纤光栅制备技术研究

利用准分子激光逐点写入法对裸光纤进行曝光，制作周期为298μm的长周期光纤光栅，光栅透射损耗峰最小半宽6nm。对激光器等制作工艺参数、环境条件和光栅长度等结构本数对长周期光纤光栅特性的影响进行了实验和理论分析。     

包层腐蚀长周期光纤光栅对的光谱特性研究

为了提高长周期光纤光栅（LPG）在折射率(RI)传感中的光谱质量和灵敏度，提出了一种包层腐蚀的LPG对结构.应用耦合模理论，分析了单个LPG的谐振波长和透射损耗峰值随光纤包层直径减小的变化特性.采用两个级联的透射率为3 dB左右的LPG，构成了光纤光栅马赫－泽德（M-Z）干涉仪.实验中采用氢氟酸腐蚀的方法来减小光纤包层直径，观察了包层腐蚀的LPG对透射光谱的演变过程，并测量了不同腐蚀程度的LPG对的折射率响应特性.结果表明，透射光谱中的干涉条纹随着包层直径的减小向红波方向移动，且对应包层模的阶数越高波长移动越大.随着腐蚀程度的增大，LPG对用于外界折射率传感的灵敏度得到了显著的提高.     

长周期光纤光栅在非均匀温变场中的光谱特性研究

在非均匀温变场的作用下,长周期光纤光栅有效折射率和周期等物理量均会发生非均匀变化.所以,长周期光纤光栅的耦合系数并不是常数,用耦合模理论分析长周期光纤光栅的光谱特性就非常复杂.传输矩阵法是解决长周期光纤光栅中非均匀问题的有效方法.本文在MAT-LAB平台基础上,用传输矩阵法对长周期光纤光栅在非均匀温度场中的光谱特性进行了数值模拟,并对模拟结果进行了分析.     

一种光纤光栅气压调谐方法

为了便于对光纤光栅的布喇格波长进行调谐,设计了一种光纤光栅气压调谐方法.通过改变密封气体的压力改变光栅的应变,从而调谐光栅的布喇格波长.推导了调谐所用公式,布喇格波长漂移与调谐量近似成线性关系.实验获得了5.4 nm的调谐范围,实验结果和理论符合很好,线性拟合度分别为0.998 2和0.998 9.     

光纤光栅检测的锚杆拉拔实验研究

为了实现煤矿锚杆受力过程及安全状态的长期连续监测,用光纤光栅传感技术构建锚杆支护的监测系统并做了实验.在实验室模拟煤矿井下巷道锚杆支护的受力过程,使用Φ18的金属锚杆,实验拉拔载荷达到76.44kN,采用3个沿杆身安装的光纤光栅传感器测试轴向应变,1个光纤光栅端头式测力计测试锚杆端部轴力,在杆身对应位置安装3个电阻应变片,研究锚杆端部轴力和杆身应变的变化.拉拔实验表明,光纤光栅端头式测力计检测锚杆轴力与杆身光纤光栅传感器、电阻应变片测试应变结果相一致,杆身光纤光栅传感器的应变传递系数为0.879.光纤光栅端头式测力计具有可重复使用、易于安装和保护的优点.     

基于双光纤光栅的膜片加速度传感器

基于光纤光栅传感原理,设计了一种双光纤光栅对称布置的膜片式加速度传感器。阐述了传感器的结构和工作原理,理论推导出固有频率和灵敏度的计算公式,并通过实验对传感器的灵敏度和幅频响应特性进行了测试。试验结果表明:此加速度传感器的横向干扰度小于10%,固有频率可达204Hz,灵敏度为53.56pm/g,与理论分析结果相符合。所设计的传感器可应用于大型结构健康监测等领域。     

在役钢板组合梁桥的时变体系冗余性

为研究多梁式钢板组合梁桥应对非对称极端作用的体系非线性冗余性能，沿着结构的传力路径和体系的再平衡过程，辨识了体系承载的3种弯曲失效模式，推导了体系弹性分配和塑性再分配能力的定量评价新指标，建立了考虑承载机制经时变异性的时变体系冗余性评估方法。基于MATLAB/OpenSEES编制了单元纤维的时变演化参数组管理程序，研究了材料劣化对体系再平衡和内力重分配性能的影响规律；采用数值增量算法，开展了结构在非对称荷载下的弹塑性全过程分析，并通过与构件-体系层次的破坏性试验对比验证了数值模型的准确性，进而建立了基于纤维宏单元的时变体系非线性冗余数值模拟方法。研究结果表明：材料劣化会导致体系从多梁协同承载机制向单梁承载机制转换，并引起构件延性、体系冗余性和可靠性发生不同程度的退化；更适应现场快速装配需求的少主梁或少横联形式容易在服役年限出现构件安全性和体系冗余性不足的情况。主梁、中部横联和端部横联的失效对体系承载性能影响较大，为钢板组合梁桥的关键构件，其他横联的敏感性较低，为非关键构件。     

Forced transverse vibration of rolls for four-high rolling mill

In order to investigate the forced transverse vibration of rolls under distributed draught pressure and moment of bending roll force, the forced transverse vibration model of rolls for four-high rolling mill was established. The work roll and backup roll were considered as elastic continuous bodies that were joined by a Winkler elastic layer. According to Euler-Bernoulli beam theory, the forced transverse vibration of rolls was analyzed based on modal superposition method. The forced vibration equations were established when the draught pressure and moment of bending roll force were imposed on the rolls respectively. Numerical modeling was made on 2 030 mm cold tandem rolling mill of Baoshan Iron and Steel Company. Simulation results show that when the work roll is only subjected to different forms of draught pressures, the vibration curves of work roll and backup roll are quadratic curves with amplitudes of 0.3 mm and 45 μm, respectively. When only the moments of bending roll force are imposed on the work roll and backup roll, the vibration curves of work roll and backup roll are quadratic curves, and the amplitudes are 5.0 and 1.6 μm, respectively. The influence of moment of bending roll force on the vibration of work roll is related with the bending roll force.     

双稳态屈曲梁的非线性跳跃特性研究

基于广义变分原理,借助半纯函数公式解析地给出了预压屈曲梁双稳态跳跃过程中横向力与位移之间的非线性关系式．考虑轴向弹性伸缩对梁长约束的影响,利用假设屈曲模态法分析了跳跃临界力、轴向压力及屈曲模态之间的非线性耦合关系,并给出了双稳态梁发生二次分叉屈曲跳跃临界力与拱高的关系曲线,仿真计算与试验结果一致．     

黏接结构中超声波的能量反射与透射特性

针对黏接结构中超声波的能量反射与透射机理问题,研究了板状黏接结构界面为理想连接时,纵波以不同角度入射下的声波与界面的相互作用.分析了入射角度、频厚积对声波能量反射与透射特性的影响.结果表明:当纵波垂直入射时,不发生波型转换;随着频厚积的增大,纵波的能量反射与透射系数曲线出现明显的周期性谐振.当纵波倾斜入射时,波型转换会发生;随着频厚积的增大,纵波与横波的能量反射与透射系数无周期性谐振现象.当入射角小于90°时,纵波的位移势反射系数始终大于能量反射系数,而横波的位移势反射系数与能量反射系数曲线随着角度的增大会出现交叉.     

建筑现浇板上下贯穿裂缝应力分析控制

分析建筑现浇板由混凝土收缩和温差共同作用引起上下贯穿裂缝的产生机理,通过微元体建立建筑外周梁与室内板间的静力平衡关系,导出以混凝土极限收缩应变值ε反映混凝土材料质量影响的外梁温差应力计算公式,提出建筑现浇板预控贯穿裂缝的强度计算式及施工过程与使用过程的预控措施。     

混凝土拱桥拱上建筑轻型化研究

制约混凝土拱桥向更大跨度发展的主要问题是结构自重大和施工架设困难。为提高混凝土拱桥的竞争力和促进该桥型的进一步发展,以420 m跨径的重庆万州长江大桥为工程背景,通过桥道系连续化和采用组合结构代替原有混凝土结构等方式来进行混凝土拱桥拱上建筑轻型化研究。与原设计在静力性能和地震响应分析的比较结果表明,桥道系连续化对减轻拱上建筑结构自重的效率较低,其静力性能与抗震性能提高也不大;而采用组合结构可使得拱上建筑结构自重减轻35%,拱脚轴力和弯矩分别降低了16%和17%,三向地震作用下的拱脚横向弯矩和拱顶横向位移分别减小了13%和18%,拱脚纵向弯矩、轴力分别降低了45%和44%,具有可行性。     

多抓取模式下人手握力的肌电回归方法

为实现假手抓取物体时的力控制,采用支持向量机回归算法从多通道肌电信号中实时萃取握力信息.利用6通道表面肌肤电极采集人体前臂肌电信号,采用一枚6维力传感器记录人手施力信息,讨论了随意捏取以及3种规范化捏取模式下两者的回归精度,并进行了跨期次精度验证及多方法比较实验.结果表明,采用支持向量机方法能够获得较好的跨期次回归性能:随意捏模式均方误差(6.31±1.20)N,相关系数平方0.85±0.05;规范化模式均方误差(5.04±0.67)N,相关系数平方0.90±0.03.结合模式分类算法,在线握力回归误差可达5 N左右,误差率在10%以内.     

基于关联模态云推理算法的输电塔结构损伤识别

为了解决输电塔等工程结构在不确定因素干扰下的损伤识别问题,提出了一种基于关联模态的云推理算法。建立残余力基本方程,并分析了基于残余力向量的损伤识别原理;提出了基于残余力的云推理算法,给出了云模型的数字特征,分析了前件云发生器和后件云发生器,给出了基于灰云模型的定性规则库建立方法,并利用云规则组成了相应的云推理系统。考虑到残余力法易受测量噪声等不确定因素干扰的弱点,进一步提出了关联模态云推理算法,以提高损伤识别的精度和可靠性,并采用输电塔结构模型进行了损伤识别研究。数值计算结果表明,关联模态云推理算法可以较好地识别出结构损伤,其识别效果明显优于残余力向量法和残余力云推理算法。     

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。     

基坑开挖对既有小直径桥墩的影响分析及加固设计

温州市某主干道采用U型槽下穿高速公路桥梁。U型槽基坑开挖改变了既有小直径桥墩的受力状态,并对桥梁结构安全造成影响。针对该情况,采用有限元数值分析,并结合实验室土工试验,对U型槽基坑开挖各个工况下小直径桥墩位移和内力进行力学分析。分析结果表明:基坑开挖导致桩基附加弯矩增大,桥墩发生较大横向位移,裂缝宽度达0.18 mm。根据受力分析结果,对既有小直径桥墩进行加固设计。桥墩加固后进行基坑开挖,减小了桥墩横向位移,附加弯矩降低,裂缝减少至0.07 mm,桥墩稳定性安全系数得到提高。通过施工监测数据和数值计算结果的对比,计算分析值与实测值基本吻合。本文工作可作为同类型小直径桥墩全周围基坑开挖结构分析与加固设计的借鉴。