科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)材料及結(jié)構(gòu)件在載荷作用下的應(yīng)變測(cè)量與監(jiān)測(cè)方法要求越來(lái)越高。常用的應(yīng)變測(cè)量與監(jiān)測(cè)方法是以電阻應(yīng)變計(jì)和振弦式應(yīng)變計(jì)為代表的電測(cè)法,具有測(cè)量誤差小、范圍大的特點(diǎn),但是它們存在傳感器成活率不高、抗電磁干擾性差、鋼弦絲長(zhǎng)期處于張緊狀態(tài)導(dǎo)致的蠕變現(xiàn)象十分嚴(yán)重等問(wèn)題,難以實(shí)現(xiàn)設(shè)備長(zhǎng)期、持續(xù)和在線監(jiān)測(cè)。針對(duì)上述問(wèn)題,本文以光學(xué)手段為基礎(chǔ),利用全場(chǎng)應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的數(shù)字散斑相關(guān)方法和點(diǎn)式應(yīng)變光學(xué)監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感技術(shù),研究和解決結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力、應(yīng)變和位移等力學(xué)信號(hào)的測(cè)量與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)問(wèn)題。其中基于數(shù)字散斑相關(guān)方法的應(yīng)變測(cè)量是通過(guò)對(duì)亞像素位移場(chǎng)的數(shù)學(xué)計(jì)算獲得,其精度和速度的影響主要來(lái)自于位移場(chǎng),因此有必要進(jìn)一步完善亞像素位移場(chǎng)搜索算法。光纖光柵應(yīng)變傳感技術(shù)應(yīng)用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)時(shí),被測(cè)基體與光纖之間通過(guò)中間層連接,由于中間層的剪切變形,導(dǎo)致光纖光柵測(cè)量應(yīng)變與基體結(jié)構(gòu)應(yīng)變不同,因此需要準(zhǔn)確獲得光纖光柵應(yīng)變與基體結(jié)構(gòu)應(yīng)變的關(guān)系,以提高應(yīng)變的測(cè)量精度。因此,本文圍繞上述內(nèi)容的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、改進(jìn)了二元二次曲面擬合方法的亞像素位移搜索算法,利用模擬散斑圖像,對(duì)改進(jìn)后方法和現(xiàn)有方法進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明,減小了均值誤差,提高了測(cè)量精度。2、針對(duì)亞像素位移測(cè)量方法中工程實(shí)踐應(yīng)用較好的梯度法的精度和速度優(yōu)化問(wèn)題,提出了粒子群和梯度法相結(jié)合的亞像素位移搜索算法。通過(guò)粒子群優(yōu)化算法的全局搜索得出整像素初值,然后利用梯度算子進(jìn)行亞像素位移搜索。利用模擬散斑圖像和試件驗(yàn)證表明,粒子群優(yōu)化算法和梯度法結(jié)合的亞像素位移搜索算法在計(jì)算精度、抗噪性能及計(jì)算效率方面均得到了明顯提高。3、在不破壞管道表面力學(xué)性能的情況下,進(jìn)行高溫蠕變應(yīng)變?cè)诰�準(zhǔn)確測(cè)量一直是一個(gè)測(cè)量難題。為此,本文提出并研制了利用二維數(shù)字散斑相關(guān)方法的在役高溫管道的應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)室利用拉伸試件對(duì)噴漆散斑場(chǎng)、焊接散斑場(chǎng)和電阻應(yīng)變片進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,三者具有良好的一致性。在現(xiàn)場(chǎng)主蒸汽管道上通過(guò)熱膨脹系數(shù)測(cè)量的試驗(yàn)表明,該系統(tǒng)能用于高溫管道應(yīng)變的測(cè)量與監(jiān)測(cè),滿足了工程實(shí)際需求。4、端接光纖光柵應(yīng)變傳感器具有無(wú)多峰、柵區(qū)不直接受力和各點(diǎn)受力相等等優(yōu)點(diǎn),在基片式和夾持式等傳感器封裝中得到廣泛應(yīng)用,由于粘接層的剪切變形,導(dǎo)致光纖光柵測(cè)量應(yīng)變與基體結(jié)構(gòu)應(yīng)變不同,需要準(zhǔn)確獲得光纖光柵應(yīng)變與基體結(jié)構(gòu)應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系,以提高應(yīng)變的測(cè)量精度。論文針對(duì)端接光纖光柵傳感器應(yīng)變損耗問(wèn)題,基于剪滯理論推導(dǎo)了表面粘貼式端接光纖光柵應(yīng)變傳遞方程,建立光纖光柵和基體之間的平均應(yīng)變傳遞模型,給出粘接層和基體的物理特性參數(shù)對(duì)平均應(yīng)變傳遞率的影響規(guī)律,并進(jìn)行有限元和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,揭示了提出模型的有效性和相比現(xiàn)有方法在測(cè)量精度方面的優(yōu)越性。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP274
【部分圖文】：

（５）鋼弦絲長(zhǎng)期處于張緊狀態(tài)導(dǎo)致的蠕變現(xiàn)象十分嚴(yán)重等缺陷，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期可??靠、穩(wěn)定的持續(xù)監(jiān)測(cè)。??圖１－１電站鍋爐高溫管道事故??Ｆｉｇ．?１－１?Ｈｉｇｈ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｐｉｐｅｌｉｎｅ?ａｃｃｉｄｅｎｔ?ｏｆ?ｐｏｗｅｒ?ｐｌａｎｔ?ｂｏｉｌｅｒ??「趣?１＿?■??圖１－２岸橋起重機(jī)大梁斷裂事故??Ｆｉｇ．?１－２?Ｂｒｉｄｇｅ?ｃｒａｎｅ?ｇｉｒｄｅｒ?ｂｒｅａｋａｇｅ?ａｃｃｉｄｅｎｔ??隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)、光電子檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)和圖像采集設(shè)備的??迅猛發(fā)展，利用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測(cè)量與監(jiān)測(cè)的光測(cè)力學(xué)技術(shù)和光纖傳感技術(shù)，??己經(jīng)成為力學(xué)特性測(cè)試、測(cè)量和監(jiān)測(cè)中的重要分支。光測(cè)力學(xué)技術(shù)包括全息干涉??技術(shù)（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）［”、電子散斑干涉技術(shù)（ｓｐｅｃｋｌｅ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）?４?°］、??云紋干涉技術(shù)（ｍｏｉｒ?６?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）?６?］、全息光彈性法（ｈｏｌｏ－ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃｔｙ??２??

「趣?１＿?■??圖１－２岸橋起重機(jī)大梁斷裂事故??Ｆｉｇ．?１－２?Ｂｒｉｄｇｅ?ｃｒａｎｅ?ｇｉｒｄｅｒ?ｂｒｅａｋａｇｅ?ａｃｃｉｄｅｎｔ??隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)、光電子檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)和圖像采集設(shè)備的??迅猛發(fā)展，利用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測(cè)量與監(jiān)測(cè)的光測(cè)力學(xué)技術(shù)和光纖傳感技術(shù)，??己經(jīng)成為力學(xué)特性測(cè)試、測(cè)量和監(jiān)測(cè)中的重要分支。光測(cè)力學(xué)技術(shù)包括全息干涉??技術(shù)（ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）［”、電子散斑干涉技術(shù)（ｓｐｅｃｋｌｅ?ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）?４?°］、??云紋干涉技術(shù)（ｍｏｉｒ?６?Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）?６?］、全息光彈性法（ｈｏｌｏ－ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃｔｙ??２??

采用理論、實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合的研宄方法，從解決結(jié)構(gòu)表面的全場(chǎng)變形和單??向變形角度出發(fā)，對(duì)全場(chǎng)應(yīng)變光學(xué)測(cè)量的數(shù)字散斑相關(guān)方法和單向點(diǎn)式應(yīng)變光學(xué)??監(jiān)測(cè)的光纖光柵傳感技術(shù)進(jìn)行了深入研究。圖１－３是論文的結(jié)構(gòu)圖。論文主要研究??內(nèi)容包括六章，具體如下：??第一章介紹了論文的研究目的和意義，對(duì)本文關(guān)心的ＤＳＣＭ和ＦＢＧ的目前研??究進(jìn)展進(jìn)行了介紹，給出了本論文的研宄目標(biāo)和主要研究?jī)?nèi)容。??第二章介紹了?ＤＳＣＭ基本原理和模擬散斑生成方法，針對(duì)亞像素位移搜索方??法，為在提高測(cè)量精度的同時(shí)提高測(cè)量速度，提出改進(jìn)的二元二次曲面擬合方法，??利用模擬散斑進(jìn)行了分析？，針對(duì)亞像素位移測(cè)量方法中工程實(shí)踐應(yīng)用較好的梯度??法的精度和速度優(yōu)化問(wèn)題，提出了粒子群優(yōu)化和梯度結(jié)合法的亞像素位移測(cè)量方??法
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2872258