基于 FBG 反射谱特征的修补结构裂纹扩展监测

摘要：

为了提高飞行器壁板裂纹修补结构的安全性，对基于光纤布拉格光栅（FBG）反射谱特征的航空铝合金修补结构疲劳裂纹扩展长度及角度监测方法进行了研究。修补结构在疲劳载荷的作用下，裂纹发生扩展，其尖端附近会产生不均匀应变场，在其作用下 FBG 传感器反射谱发生变形，通过检测反射谱变形达到监测裂纹扩展的目的。建立了实验样件的模型，使用有限元方法计算得到不同角度下裂纹扩展到不同长度时的应变分布，使用传输矩阵数值计算方法得到相应的 FBG 反射谱。提取反射谱的主峰偏移、反射谱面积、次峰峰值和三峰峰值等变形特征，建立并训练人工神经网络（ANN），通过 ANN 建立反射谱变形特征同裂纹扩展情况的关系，实现了对修补结构裂纹扩展的精确监测，监测裂纹长度误差在0．5 mm 之内，角度误差在5°之内。解决了修补结构的裂纹扩展精确监测问题，对提高飞行器安全以及节约维护成本有着重要意义。

关键词：FBG、裂纹扩展监测、修补结构、反射谱特征、人工神经网络

分类号：TN253(光电子技术、激光技术)

资助基金：国家杰出青年科学基金项目51225502;国家自然科学基金重点项目50830201;江苏高校优势学科建设工程项目资助

在线出版日期：2015-04-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：724-729