基于光纤栅传感的智能纤维复合材料斜拉索丝的研究

• 作 者: 李剑芝
• 机 构: 北京交通大学
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 光纤光栅传感 交叉敏感 应变传感器 纤维增强复合材料 斜拉索 封装工艺

针对传统钢索存在的易腐蚀、非线性效应以及易振动问题，提出了基于光纤光栅传感的智能纤维增强复合材料斜拉索。它是未来斜拉索的发展趋势和国内外的研究热点，具有重要的学术意义和工程应用价值。　　
本文对纤维增强复合材料斜拉索的受力特性进行了分析，提出智能纤维增强复合材料斜拉索丝的设计目标，并围绕基于光纤光栅传感的智能纤维增强复合材料斜拉索丝的关键技术，进行了深入的理论分析、数值分析和试验研究，主要研究内容有：　　
1)针对光栅存在的温度-应变缠绕问题进行深入的理论与试验研究。首先对温度-应变缠绕问题进行深入的理论分析；然后建立基于材料热应力的温度补偿机制，进行结构设计与分析，并制作具有温度自补偿功能的光纤光栅应变传感器；最后进行了相关的考核试验。理论分析与试验研究结果表明：制作的传感器不仅能够实现温度自补偿的功能，而且还具有应变增敏作用，提高了光栅传感器的应变测试精度。　　
2)进行光栅应变传感器的微型化技术的研究。例如封装材料的选择、封装结构的设计、封装工艺的研究等。研究结果表明：确立了微型化光栅应变传感器的封装工艺；并且设计制作的微型传感器部分实现了温度自补偿的功能，而且具有一定的应变增敏效果，为在线埋入复合材料奠定了基础。　　
3)采用原位复合的思想，进行基于光纤光栅传感的智能混杂纤维增强复合材料斜拉索丝的研究。因此对光栅埋入的界面复合模型、复合工艺及特性考核进行一系列的理论、试验研究。试验结果表明：光栅传感器与纤维增强复合材料界面不会剥离，能够实现外部应力的有效传递；通过材料性能测试，纤维增强复合材料满足拉索力学性能要求；纤维增强复合材料的阻尼远远优于钢制拉索材料的阻尼；并最终确立了混杂纤维增强复合材料智能拉索丝的成型工艺，该工艺制作的混杂纤维增强复合材料智能拉索丝，既能满足拉索的力学性能要求，又能保证光栅传感器在线复合的成活率。