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基于光纤Bragg光栅的鸭嘴式横担主材受力形变的检测

作　者: 于亚红
导　师: 李川
学　校: 昆明理工大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 光纤Bragg光栅塔架模型鸭嘴式横担应变荷载波长移位
分类号: TM75
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电力铁塔在覆冰等各种自然因素影响下,应力会加大,可能会造成铁塔压坏(铁塔的主材或斜材发生受压屈曲破坏,导致整个横担被破坏)、拉坏(铁塔杆件发生拉、压破坏,导致横担折断)、扭坏(造成铁塔破坏,脱落)等现象。横担是塔架结构中最容易损坏和承力较多的构件之一,当横担主材受力过大时,会造成横担的屈曲破坏、折断或者扭坏等,影响整个线路的安全运行。因此,在电力铁塔的使用过程中,需要对电力铁塔的受力结构进行变形监测。将光纤Bragg光栅应变传感器安装在横担主材表面,能对横担主材在外力作用下所产生的挠度变化进行监测。本文以光纤Bragg光栅作为传感元件,对横担主材受力形变产生的挠度变化的检测进行了相关理论分析和实验研究。基于塔架横担的结构和工作原理搭建了一个简易的鸭嘴式横担模型。该模型采用Q235型角钢为主要材料,杆件主要由单根等边角钢组成,模型的横担采用∠23×23×2mm角钢焊接而成,斜材采用16mm×3 mm型扁钢；支架部分支撑主杆采用∠40×40×4 mm角钢进行焊接,辅材采用∠23×23×2mm角钢,支架底部是一个由Z40×40×4 mm角钢焊接而成的长方形底座。为加固需要,横担与支架间的连接采用焊接和螺栓连接两种方式,主要研究内容如下：(1)在荷载的作用下,鸭嘴式横担主材产生挠度,其横担上、下表面产生线应变,从而导致粘贴在主材表面的光纤Bragg光栅发生相应的中心波长移位。通过这一理论建立相应的数学传感模型。(2)对该传感模型进行了材料选择,并根据材料的选择和尺寸的设计,对相关的参数进行了理论计算。当测点为两侧横担各四根主材的1/2处的四个测点时,可得主材各测点光纤Bragg光栅中心波长移位与主材受力形变的关系为：G=-5.1019Δλ1+1.1358Δλ2-5.0658Δλ3+1.1285Aλ4FT=3.7513Δλ1+3.5504Δλ2+3.7247Δλ3+3.5275Aλ4(3)进行了测量结果的可对比性计算。电力横担所用Q235角钢的屈服强度为215～235 N/mm2,所需Bragg波长移位为1251～1368 pm。光纤光栅长期允许应变为3000με,因此可测3600 pm的波长移位,因此能够满足测量1251～1368pm的测量要求。(4)对焊接好的模型进行了荷载实验,荷载实验表明,在鸭嘴式横担端部进行加载和卸载时,位于4个测点的光纤Bragg光栅的实验灵敏度分别为：6pm/kg,2 pm/kg,3 pm/kg,2 pm/kg。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-23
  1.1 引言  7
  1.2 横担概述及分类  7-9
  1.3 横担破坏  9-13
    1.3.1 横担破坏原因及形式  9-10
    1.3.2 典型铁塔破坏(横担承力)分析  10-13
  1.4 典型变形监测方法  13-14
  1.5 塔架监测方法  14-21
    1.5.1 人工目测法  15-16
    1.5.2 飞机航测法  16
    1.5.3 巡线机器人  16-17
    1.5.4 基于摄影的视觉测量技术或其他光学测量技术  17
    1.5.5 倾斜智能监测系统  17-19
    1.5.6 光纤光栅检测技术  19-21
  1.6 小结  21-23
第二章光纤Bragg光栅横担受力形变的测量模型  23-29
  2.1 引言  23
  2.2 光纤Bragg光栅对横担主材受力形变的受力分析  23-24
  2.3 光纤Bragg光栅对横担主材受力形变的传感结构  24-25
  2.4 光纤Bragg光栅对横担主材受力形变的传感模型  25-27
  2.5 小结  27-29
第三章光纤Bragg光栅横担模型测量系统的研制  29-41
  3.1 引言  29
  3.2 测量结果的可对比性  29
  3.3 横担模型的加工材料  29-31
  3.4 横担模型各杆件连接  31-33
  3.5 横担模型的加工及传感模型组装  33-36
    3.5.1 横担的参数及其加工  33
    3.5.2 主杆的参数及其加工  33-34
    3.5.3 底座的参数及其加工  34-35
    3.5.4 支架的组装  35
    3.5.5 塔架模型的组装  35-36
  3.6 光纤Bragg光栅的粘贴  36-39
    3.6.1 粘贴剂的选择  36-38
    3.6.2 光纤Bragg光栅的粘贴  38-39
  3.7 小结  39-41
第四章横担主材受力形变的光纤Bragg光栅测试实验  41-65
  4.1 引言  41
  4.2 传感器的理论计算  41-42
  4.3 实验原理  42-44
    4.3.1 光纤Bragg光栅传感系统的组成  42-43
    4.3.2 光纤的熔接和熔点保护  43-44
  4.4 实验与数据分析  44-62
    4.4.1 实验过程  44
    4.4.2 加卸载实验  44-51
    4.4.3 实验数据分析  51-62
  4.5 小结  62-65
第五章总结与展望  65-67
  5.1 总结  65
  5.2 展望  65-67
致谢  67-69
参考文献  69-73
附录A 攻读硕士学位期间发表论文与参加课题  73

基于光纤Bragg光栅的鸭嘴式横担主材受力形变的检测

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