基于光纖光柵傳感器的鋼軌動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、鋼軌是鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的基礎(chǔ),及時(shí)準(zhǔn)確獲取鋼軌結(jié)構(gòu)動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變分布,可以得到大量關(guān)于鐵路系統(tǒng)健康狀況的信息。傳統(tǒng)軌道監(jiān)測(cè)設(shè)施受到外部因素影響,降低了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性,可能會(huì)給鐵路系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來負(fù)面影響。而光纖光柵傳感器具有體積小、制作簡(jiǎn)單、抗電磁干擾、靈敏度高、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn),能夠在極端工作環(huán)境下依然保持良好穩(wěn)定工作狀態(tài)。因此將光纖Bragg光柵傳感器應(yīng)用于未來高速鐵路長(zhǎng)距離狀態(tài)監(jiān)測(cè)中,具有廣闊應(yīng)用前景。本文研究?jī)?nèi)容分為以下幾部分:

2、　　首先,詳細(xì)闡述了鋼軌結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要研究意義,著重介紹了目前鋼軌結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)與光纖傳感技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀。
　　其次,根據(jù)光纖光柵傳感特性,結(jié)合材料力學(xué)理論對(duì)鋼軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)仿真。數(shù)值模擬得到多種承載工況下軌道受力特征,并以此為依據(jù)選擇鋼軌關(guān)鍵位置布設(shè)光纖傳感器。在此基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建分布式光纖Bragg光柵傳感網(wǎng)絡(luò),獲得關(guān)鍵位置加載時(shí)光纖光柵中心波長(zhǎng)變化趨勢(shì),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌靜態(tài)承載條件下的結(jié)構(gòu)力學(xué)特征監(jiān)測(cè)。
　　

3、再次,采用 ANSYS有限元分析軟件對(duì)鋼軌在動(dòng)態(tài)加載條件下結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)特性進(jìn)行了數(shù)值仿真,得到固有頻率與動(dòng)態(tài)應(yīng)變特征曲線。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建分布式光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過沖擊加載和循環(huán)加載,獲得了鋼軌在不同動(dòng)態(tài)加載條件下,各關(guān)鍵區(qū)域光纖光柵傳感器的動(dòng)態(tài)應(yīng)變響應(yīng)特性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值仿真趨勢(shì)相仿。
　　最后,設(shè)計(jì)了鋼軌分布式光纖動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用軟件?；谔摂M儀器設(shè)計(jì)思想,利用 LabVIEW圖形化編程語言,實(shí)現(xiàn)光纖光柵解調(diào)儀與上