發(fā)布時間：2020-06-10 04:26

【摘要】：金屬結(jié)構(gòu)在長期的受載過程中,會難以避免地產(chǎn)生各種損傷和缺陷。當損傷和缺陷積累到一定程度時,會造成結(jié)構(gòu)的承載能力和抗疲勞性能降低,進而釀成嚴重的后果。為了保證金屬結(jié)構(gòu)在服役期間安全運行并延長其使用壽命,普遍的方法是利用傳感器對金屬結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)歷經(jīng)了幾十年的發(fā)展,已經(jīng)形成了一個較完善的體系,常用到的傳感器包括金屬箔式應(yīng)變片、光纖傳感器、基于超聲原理的傳感器、渦流傳感器、壓電傳感器等。這些傳感器能在一定情況下滿足工程實際需求,但仍各自存在一些問題限制了其推廣與應(yīng)用。微帶天線傳感器是近年來出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測傳感器,其構(gòu)造簡單、重量輕、制作方便、成本低,能無線被動式地測量金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)變和識別裂紋,具有廣泛的應(yīng)用前景。本文設(shè)計了一種微帶天線傳感器,并通過理論推導(dǎo)、有限元仿真、試驗驗證等方法研究了其應(yīng)變測量和裂紋識別性能。主要研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)“傳輸線模型”設(shè)計微帶天線傳感器參數(shù),并推導(dǎo)傳感器諧振頻率與所受應(yīng)變之間的理論關(guān)系�；凇爸C振腔模型”推導(dǎo)傳感器內(nèi)部的電磁場解析解,得到貼片和接地板表面的電流密度解析表達式,進而分析傳感器的裂紋識別原理以及應(yīng)變和裂紋對傳感器諧振頻率的耦合作用機理。(2)利用Ansoft HFSS軟件模擬微帶天線傳感器的應(yīng)變測量和裂紋識別,探究傳感器諧振頻率隨應(yīng)變大小和裂紋參數(shù)變化的響應(yīng)規(guī)律。在COMSOL Multi-physics軟件中建立傳感器的“力學(xué)-電磁學(xué)”雙物理場耦合仿真模型,分析應(yīng)變和裂紋耦合工況下傳感器的諧振頻率響應(yīng)情況。(3)制作微帶天線傳感器試件,搭建試驗平臺,首先測試不同應(yīng)變或裂紋單獨作用時傳感器的諧振頻率響應(yīng)規(guī)律,然后測試應(yīng)變和裂紋耦合工況下傳感器的諧振頻率變化情況。將測試結(jié)果與有限元仿真結(jié)果進行比較驗證,得到微帶天線傳感器在金屬結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用的主要結(jié)論。上述研究工作驗證了微帶天線傳感器用于金屬結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的可行性,并定量地闡釋了傳感器的應(yīng)變測量和裂紋識別特性,在該領(lǐng)域具有顯著的學(xué)術(shù)參考價值,也將為微帶天線傳感器的實際工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

圖 1-1 H. Huang團隊的微帶天線傳感器應(yīng)變測量研究 年，該團隊在此基礎(chǔ)上做了該微帶天線傳感器的無線訪問試無線測量。作者利用號角天線與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的端口連接頻信號，并接收其返回信號；用快速傅里葉反變換將頻域內(nèi)的域信號，經(jīng)一系列處理后用矩形窗函數(shù)截斷，再進行快速傅里信號即可得到傳感器的諧振頻率[40]。 年，該研究團隊介紹了一種微帶天線的無線問詢技術(shù)。在微

圖 1-2 基于微帶天線的剪切傳感器利用微帶天線傳感器進行實時振動監(jiān)動態(tài)應(yīng)變測試領(lǐng)域。作者利用連續(xù)調(diào)線的反射信號進行幅度調(diào)制，從而實樣頻率下可達到 9.26ppm 的頻率分辨得的動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)與箔式應(yīng)變片獲也相應(yīng)增大，，可能是基質(zhì)材料的非理
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG115

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本文編號：2705768