基于光纖光柵傳感的飛艇蒙皮平面應(yīng)變監(jiān)測方法研究.pdf

1、平流層飛艇是一種依靠靜浮力和自身動力實(shí)現(xiàn)駐空和機(jī)動飛行的典型浮空器。它既可以對地實(shí)行高分辨率觀測,又可以作為通訊中繼平臺,因此具有重要的軍用和民用價(jià)值。
　　平流層飛艇長期工作在晝夜溫差大、宇宙射線強(qiáng)烈的平流層,其蒙皮在內(nèi)外壓差載荷作用下很容易發(fā)生損傷,因此對于飛艇蒙皮平面應(yīng)變實(shí)施健康監(jiān)測具有重要意義。
　　本文的研究分為三個(gè)方面,首先對飛艇蒙皮的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析,推導(dǎo)出了飛艇蒙皮的Von Mises應(yīng)力分布表達(dá)式,并采用有

2、限元仿真和試驗(yàn)的方法共同驗(yàn)證了該理論分析的正確性。然后根據(jù)導(dǎo)出的飛艇蒙皮應(yīng)力分布情況,提出了基于FBG(fiber Bragg grating)傳感器的蒙皮平面應(yīng)變監(jiān)測的方法。建立了兩根垂直方向的FBG傳感器準(zhǔn)確測量蒙皮平面應(yīng)變場的平面應(yīng)變數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計(jì)了測量平面應(yīng)變的雙波長FBG傳感器。最后,對雙FBG傳感器平面應(yīng)變數(shù)學(xué)模型中的未知參數(shù):軸向應(yīng)變傳遞率KL和徑向應(yīng)變傳遞率KR進(jìn)行了研究。推導(dǎo)出了基片式FBG傳感器軸向應(yīng)變傳遞率KL的

3、數(shù)學(xué)方程,隨后對該方程中的影響參數(shù)進(jìn)行分析,并與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對比。同時(shí),采用數(shù)值方法對徑向應(yīng)變傳遞率KR進(jìn)行了研究。
　　研究結(jié)果表明,Von Mises應(yīng)力可以表達(dá)飛艇蒙皮各點(diǎn)的綜合受力情況。采用雙FBG傳感器對飛艇蒙皮平面應(yīng)變監(jiān)測可以消除FBG傳感器的橫向效應(yīng),實(shí)現(xiàn)平面應(yīng)變的測量?；紽BG傳感器在長度L為30mm,粘貼層寬度為2mm、厚度為0.02mm,基片厚度為0.2mm,模量為300MPa時(shí),軸向應(yīng)變傳遞率KL的