本文關鍵詞：基于光纖布拉格光柵傳感器的結構動力學實驗與參數(shù)辨識研究

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【摘要】：隨著空間技術的發(fā)展,對大型航天器的需求變得愈加迫切,大型化導致的結構輕質量、高柔性給航天器設計和應用帶來了巨大挑戰(zhàn),因此如何實現(xiàn)對大型復雜航天器結構的在線模態(tài)參數(shù)辨識、實時健康監(jiān)測以及控制變得至關重要。由于傳統(tǒng)的結構動力學測量方法主要基于加速度傳感器,而加速度傳感器在質量、體積、線路布置以及信號抗干擾性等方面的局限,使其無法很好地適用于航天器結構的多點分布式實時測量。然而,光纖布拉格光柵傳感器所具有的復用、輕質、不易受電磁干擾等特點卻使其能夠很好地適應航天器結構的在線測量和監(jiān)測。本文研究了基于光纖布拉格光柵傳感器的結構動力學實驗及參數(shù)辨識方法,為航天器的動力學參數(shù)辨識、航天器結構的在線健康監(jiān)測以及動力學特性設計提供理論支持和技術途徑。本文的主要工作和研究結論歸納如下:(一)介紹了本文的研究背景和意義,對光纖布拉格光柵傳感器在國內外的研究和應用現(xiàn)狀、應變模態(tài)分析的研究現(xiàn)狀、模態(tài)參數(shù)辨識的研究現(xiàn)狀與進展,以及有限元模型修正研究概況進行了總結,為進一步開展基于光纖布拉格光柵傳感器的結構動力學實驗與參數(shù)辨識研究提供了基礎。(二)總結了應變模態(tài)分析的基本理論。從位移模態(tài)引出應變模態(tài)的基本概念,推導了應變模態(tài)模型,并討論了應變模態(tài)振型之間的正交性、應變頻響函數(shù)矩陣的特點等,為進行結構應變模態(tài)實驗及應變模態(tài)參數(shù)辨識提供了理論依據(jù)和前提假設。(三)研究了光纖布拉格光柵傳感技術,總結并分析了光纖布拉格光柵傳感器對結構進行動應變響應測量的基本原理以及基本技術指標,探討了光纖布拉格光柵傳感器的動態(tài)響應特性,介紹并總結了光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)涉及的光纖光柵解調技術和復用技術兩項關鍵技術。在光纖布拉格光柵傳感技術的基礎上,本文提出了利用光纖布拉格光柵傳感器對結構進行結構動力學測量的方法,設計并搭建了能同時測量動應變響應和加速度響應的實驗系統(tǒng),并給出了詳細的實驗步驟。(四)利用應變與位移的關系,建立了基于最小二乘復頻域法的結構應變模態(tài)參數(shù)辨識模型,并提出了相應的辨識方法。根據(jù)基于光纖布拉格光柵傳感器的結構動力學實驗所得數(shù)據(jù),分別辨識了不同猝發(fā)隨機激勵下的單輸入多輸出結構動力學系統(tǒng)應變模態(tài)參數(shù)和位移模態(tài)參數(shù),并利用該方法辨識了僅輸出系統(tǒng)的應變模態(tài)參數(shù),并進行了對比分析。(五)提出了基于有限元模型修正的位移模態(tài)振型辨識方法。基于應變模態(tài)參數(shù)辨識結果對有限元模型進行修正,并通過修正后的有限元模型仿真得到更精確的位移模態(tài)振型,從而建立從應變模態(tài)至位移模態(tài)的轉換關系,以解決光纖布拉格光柵無法直接測量結構位移模態(tài)參數(shù)的問題。以附加質量的梁結構為實驗結構,利用基于序列徑向基函數(shù)代理模型的優(yōu)化算法對其有限元模型進行了修正。根據(jù)修正后的有限元模型仿真得到附加質量梁結構的位移模態(tài)振型,并與辨識出的位移模態(tài)振型進行了對比分析。結果表明,基于應變模態(tài)參數(shù)辨識結果的有限元模型修正可以有效提高有限元模型的準確性,從而能夠仿真得到更為準確的位移模態(tài)振型。
【關鍵詞】：光纖布拉格光柵傳感器 應變模態(tài) 模態(tài)參數(shù)辨識 結構動力學實驗 應變測試 有限元模型修正 位移模態(tài)振型辨識
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V414
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第1章 緒論15-29
• 1.1 研究背景和意義15-16
• 1.2 光纖布拉格光柵傳感器的研究和應用現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 國外研究和應用現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 國內研究和應用現(xiàn)狀18-19
• 1.3 應變模態(tài)分析的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 模態(tài)參數(shù)辨識綜述20-25
• 1.4.1 輸入輸出模態(tài)參數(shù)辨識方法20-24
• 1.4.2 環(huán)境激勵下的模態(tài)參數(shù)辨識方法24-25
• 1.5 有限元模型修正技術的研究概況25-27
• 1.6 本文的研究工作與內容安排27-29
• 第2章 應變模態(tài)分析基本理論29-38
• 2.1 引言29
• 2.2 模態(tài)分析與變形能平衡的概念29-30
• 2.3 應變響應的模態(tài)模型的幾種推導方法30-35
• 2.3.1 直接推導法30-32
• 2.3.2 基于連續(xù)體振動微分方程的推導32-33
• 2.3.3 基于有限元法的應變響應的模態(tài)模型33-35
• 2.4 應變模態(tài)振型之間的正交性35-36
• 2.5 應變頻響函數(shù)矩陣及其特點36-37
• 2.6 本章小結37-38
• 第3章 基于光纖布拉格光柵傳感器的結構動力學實驗研究38-68
• 3.1 引言38
• 3.2 光纖布拉格光柵傳感技術38-60
• 3.2.1 光纖布拉格光柵傳感器工作原理及基本技術指標38-41
• 3.2.2 光纖布拉格光柵傳感器動態(tài)響應特性分析41-47
• 3.2.3 光纖光柵解調技術47-56
• 3.2.4 光纖布拉格光柵傳感器的復用技術56-60
• 3.3 基于光纖布拉格光柵傳感器的結構動力學實驗60-67
• 3.3.1 有限元仿真分析60-61
• 3.3.2 實驗系統(tǒng)設計61-64
• 3.3.3 初步實驗結果64-67
• 3.4 本章小結67-68
• 第4章 結構動力學系統(tǒng)應變模態(tài)參數(shù)辨識68-82
• 4.1 引言68-69
• 4.2 基于最小二乘復頻域法的應變模態(tài)參數(shù)辨識方法69-76
• 4.2.1 矩陣分式模型69-71
• 4.2.2 加權線性最小二乘的形式71-72
• 4.2.3 基于減縮正則方程的求解方法72-73
• 4.2.4 模態(tài)參數(shù)計算73-74
• 4.2.5 環(huán)境激勵下應變模態(tài)參數(shù)的辨識74-75
• 4.2.6 穩(wěn)定圖理論75-76
• 4.3 實驗結果分析76-81
• 4.3.1 考慮輸入輸出的應變模態(tài)參數(shù)辨識結果及分析76-79
• 4.3.2 僅輸出的應變模態(tài)參數(shù)辨識結果及分析79-81
• 4.4 本章小結81-82
• 第5章 基于有限元模型修正的位移模態(tài)振型辨識82-98
• 5.1 引言82
• 5.2 有限元模型修正82-85
• 5.3 基于序列徑向基函數(shù)代理模型的優(yōu)化方法85-89
• 5.3.1 計算試驗設計方法85
• 5.3.2 RBF模型數(shù)學基礎85-87
• 5.3.3 SEO-SRBF優(yōu)化流程87-88
• 5.3.4 重點采樣空間技術88-89
• 5.4 基于有限元模型修正的模態(tài)振型辨識89-97
• 5.4.1 有限元模型89-91
• 5.4.2 應變模態(tài)參數(shù)辨識結果91-94
• 5.4.3 基于應變模態(tài)參數(shù)辨識結果的有限元模型修正94-96
• 5.4.4 基于有限元模型修正的位移模態(tài)分析96-97
• 5.5 本章小結97-98
• 第6章 總結與展望98-101
• 6.1 本文總結98-99
• 6.2 本文的貢獻及創(chuàng)新之處99
• 6.3 有待進一步研究的問題99-101
• 參考文獻101-110
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單110-111
• 致謝111

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5 李文宏,楊振坤,夏建生;光纖布拉格光柵檢測技術及其應用[J];中國測試技術;2003年01期

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5 高慶;朱永;夏哲;張潔;陳偉民;;光纖布拉格光柵的通用組件化封裝與溫度調諧[A];中國儀器儀表學會第六屆青年學術會議論文集[C];2004年

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1 徐忠揚;微納光纖功能化的研究[D];清華大學;2015年

2 田豐;微納光纖直寫技術研究[D];浙江大學;2010年

3 呂昌貴;光纖布拉格光柵傳輸特性理論分析及其實驗研究[D];東南大學;2005年

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