冰結(jié)構(gòu)的光纖智能監(jiān)測技術(shù).pdf

1、冰是一種力學(xué)行為復(fù)雜多變且易受外部環(huán)境影響的特殊材料，在役大尺度冰結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)和冰自身力學(xué)特性的研究都具有重大意義。本文針對大尺度冰結(jié)構(gòu)監(jiān)測手段的缺乏與冰力學(xué)試驗(yàn)手段的不足，研發(fā)了一套基于光纖智能傳感技術(shù)的冰結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)，并基于硅橡膠封裝研制了相應(yīng)的裂縫傳感探頭，以及通過對冰試件的力學(xué)特性與冰蓋體模型裂縫監(jiān)測的研究驗(yàn)證該技術(shù)的有效性。主要研究內(nèi)容包括：
　　首先，介紹了光纖布拉格光柵傳感技術(shù)與分布式光纖布里淵傳感技術(shù)，并且在探

2、討了將光纖傳感探頭布設(shè)在冰體表面和內(nèi)部的有效方法的基礎(chǔ)上，提出構(gòu)建可針對多種測試目的、多種尺度的冰體以及能夠有效把握冰結(jié)構(gòu)整體與局部力學(xué)行為的智能監(jiān)測系統(tǒng)。
　　其次，針對冰體裂縫損傷的試驗(yàn)研究與實(shí)際監(jiān)測的要求以及裸光纖不適宜大應(yīng)變測試的缺點(diǎn)，研制開發(fā)出一種使用硅橡膠膠黏劑與硅烷偶聯(lián)劑對裸光纖進(jìn)行封裝的光纖傳感探頭。通過進(jìn)行力學(xué)性能的測試與感知性能的標(biāo)定驗(yàn)證了其低溫下的減敏特性以及此種傳感探頭大應(yīng)變測試的可靠性與穩(wěn)定性。
　

3、　然后，利用不受封裝的裸光纖傳感探頭與冰體協(xié)同變形、測試精確且對冰體裂紋感知靈敏等優(yōu)點(diǎn)，針對小尺寸的冰試件、冰梁構(gòu)件以及水槽中冰體的多項(xiàng)力學(xué)行為分別進(jìn)行了試驗(yàn)測試與監(jiān)測研究。驗(yàn)證了本技術(shù)的可行性、相比于材料試驗(yàn)機(jī)與應(yīng)變片電測技術(shù)的優(yōu)越性以及可全尺度分布式測量的優(yōu)點(diǎn)。
　　最后，針對硅橡膠封裝的光纖大應(yīng)變傳感探頭在裂縫冰體中的使用狀態(tài)，建立了冰體-硅橡膠界面非滑移條件下的理論分析模型，用理論推導(dǎo)與試驗(yàn)標(biāo)定兩種方式得到了冰體裂縫擴(kuò)展寬