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冰结构的光纤智能监测技术

作　者: 任鹏
导　师: 周智
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 工程力学
关键词: 大尺度冰结构冰的力学行为光纤智能传感技术封装的光纤传感探头裂缝监测
分类号: TP212.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

冰是一种力学行为复杂多变且易受外部环境影响的特殊材料,在役大尺度冰结构安全监测技术和冰自身力学特性的研究都具有重大意义。本文针对大尺度冰结构监测手段的缺乏与冰力学试验手段的不足,研发了一套基于光纤智能传感技术的冰结构监测技术,并基于硅橡胶封装研制了相应的裂缝传感探头,以及通过对冰试件的力学特性与冰盖体模型裂缝监测的研究验证该技术的有效性。主要研究内容包括:首先,介绍了光纤布拉格光栅传感技术与分布式光纤布里渊传感技术,并且在探讨了将光纤传感探头布设在冰体表面和内部的有效方法的基础上,提出构建可针对多种测试目的、多种尺度的冰体以及能够有效把握冰结构整体与局部力学行为的智能监测系统。其次,针对冰体裂缝损伤的试验研究与实际监测的要求以及裸光纤不适宜大应变测试的缺点,研制开发出一种使用硅橡胶胶黏剂与硅烷偶联剂对裸光纤进行封装的光纤传感探头。通过进行力学性能的测试与感知性能的标定验证了其低温下的减敏特性以及此种传感探头大应变测试的可靠性与稳定性。然后,利用不受封装的裸光纤传感探头与冰体协同变形、测试精确且对冰体裂纹感知灵敏等优点,针对小尺寸的冰试件、冰梁构件以及水槽中冰体的多项力学行为分别进行了试验测试与监测研究。验证了本技术的可行性、相比于材料试验机与应变片电测技术的优越性以及可全尺度分布式测量的优点。最后,针对硅橡胶封装的光纤大应变传感探头在裂缝冰体中的使用状态,建立了冰体-硅橡胶界面非滑移条件下的理论分析模型,用理论推导与试验标定两种方式得到了冰体裂缝扩展宽度与光纤感知应变之间的定量关系。针对理论假设的不足,根据试验标定结果对理论分析进行了修正。最终进行了分布式冰体裂缝监测试验,验证了此种传感探头对冰体裂缝的感知是可靠且精确的。

冰结构的光纤智能监测技术

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