光纖光柵智能材料、結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用

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1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文中文摘要智能材料是一個(gè)具有感知、驅(qū)動(dòng)和控制等功能的智能化的材料系統(tǒng)。智能材料代表了材料科學(xué)的最活躍方面和最先進(jìn)的發(fā)展方向，成為了科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是土木界亟待解決的重大理論與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于保障重大土木工程如橋梁、超高層建筑、大跨空間結(jié)構(gòu)、大型水壩、核電站以及輸油、供水、供氣等管網(wǎng)系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。智能材料應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的研究，是21世紀(jì)具有挑戰(zhàn)性的課題。利用智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)解決重大土木工程結(jié)構(gòu)在整個(gè)服役期內(nèi)的健康監(jiān)測(cè)和安全評(píng)估問(wèn)題，是一個(gè)全球性的研究熱點(diǎn)，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。光纖

2、光柵智能材料是近年發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)傳感材料，它有效克服了當(dāng)前常規(guī)傳感系統(tǒng)在長(zhǎng)期穩(wěn)定性、耐久性和分布范圍方面存在的不足，最有希望滿(mǎn)足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的高精度、遠(yuǎn)距離、分布式和長(zhǎng)期性的技術(shù)要求，具有傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。研究開(kāi)發(fā)在長(zhǎng)期穩(wěn)定性能上滿(mǎn)足工程要求的新型光纖光柵智能材料是從根本上實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的核心工作之一。本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家863計(jì)劃和湖北省重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目的支持下，在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，從光纖光柵智能材料的傳感機(jī)理出發(fā)，研究了大型土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成、功能、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、手段及實(shí)現(xiàn)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上研制了光纖光柵錨索測(cè)力傳感器，并將之成功應(yīng)用于武

3、漢晴川大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算基本吻合。本文接著研究并總結(jié)了傳感器在大型土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的優(yōu)化布點(diǎn)方法、健康狀況識(shí)別準(zhǔn)則以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集及后處理方法，對(duì)大型土木工程健康狀況監(jiān)測(cè)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。本文最后結(jié)合不同類(lèi)型(在建、已建、加固)重大土木工程健康監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)和應(yīng)用，從材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)等方面探討了用于重大工程結(jié)構(gòu)的光纖光柵傳感器的制備、封裝、埋入、粘接、安裝保護(hù)工藝等技術(shù)以及光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)，部分監(jiān)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果并與常規(guī)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，最終實(shí)現(xiàn)了在重大工程建設(shè)中的應(yīng)用。本論文的多項(xiàng)研究成果通過(guò)

4、相關(guān)的成果鑒定，并已在多個(gè)重大工程項(xiàng)目上獲得成功應(yīng)用，成為國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)的部分內(nèi)容。關(guān)鍵詞：智能材料，光纖光柵傳感器，大型土木工程，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文AbstractTheintelligentmaterialisallintellectualizedmaterialsystemthathasseveralbasicfunctionssuchaS,sensing,actuating，controllingandSOon．Theintelligentmaterialhasrepresentedthemostactiveandadvanceddev

5、elopmentdirectionOilmaterialsscience，whichhasbecomeahotspotofresearchinthescientificfields．Thestructurehealthmonitoringisthesignificanttheoreticalandrealisticsubjeelthatisurgenttobesolvedinthecivilfield．Therealizalionofstructurehealthmonitoringisofmomentouscurrentimportancetosafeguardo

6、fthesignificantcivilengineeringprojectssuchasbridges，theextra—highbuildings,large-spanspacestructures,large·scaledams，nuclearpowerstations，pipenetworksystemsforoiltransfer,watersupply'airfeedandSOon．Theresearchontheintelligentmaterialsappliedinstructurehealthmonitoring,isthemostchallen

7、gingtopicinthe21stcentury．Thestudyfillthehealthmonitoringandsafetyevaluationwithinthewholelifecycleofthehugeengineeringstructuresisapopularsubjectallovertheworldandhasgreatsocialsignificanceandeconomicbenefits．Theintelligentmaterialoffiberopticgratingistheadvancedsensingmaterialdevel