發(fā)布時間：2020-07-22 04:55

【摘要】：不銹鋼結(jié)構(gòu)因具有耐腐蝕、高強(qiáng)度、耐高溫等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用在建筑工程、航空航天、能源設(shè)施等領(lǐng)域,其使用過程中會受到熱、力復(fù)合載荷作用,采用合適的傳感器能夠及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)存在的風(fēng)險。本文以托卡馬克裝置真空室內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)為原型設(shè)計的304不銹鋼小平臺為研究對象,研究其在真空環(huán)境受到熱、力作用下的熱傳遞規(guī)律、溫度分布以及應(yīng)變和位移檢測。光纖光柵傳感器具有體積小、抗電磁干擾、易復(fù)用成網(wǎng)絡(luò)、測量精度高等優(yōu)點(diǎn),能夠滿足托卡馬克裝置及類似極端工況條件下的不銹鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測要求。本文研究內(nèi)容主要包括:1、首先介紹了光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展情況和應(yīng)用現(xiàn)狀,從熱力學(xué)和力學(xué)兩方面介紹了國內(nèi)外不銹鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測及變化規(guī)律的研究概況。2、簡要分析了光纖光柵的溫度、應(yīng)變傳感原理和濾波法解調(diào)信號,詳細(xì)介紹了熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞方式以及材料內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變和位移理論。3、利用ANSYS Workbench軟件獲得304不銹鋼小平臺真空和常壓環(huán)境下的穩(wěn)態(tài)傳熱仿真以及垂直和水平力載荷下的靜力學(xué)仿真結(jié)果,確定了不銹鋼小平臺的測點(diǎn)位置。仿真結(jié)果表明在真空和常壓環(huán)境下不銹鋼小平臺的4個測點(diǎn)溫度依次降低,由于常壓環(huán)境下熱對流產(chǎn)生散熱,同一測點(diǎn)處真空環(huán)境下溫度值高于常壓環(huán)境下對應(yīng)值。施加垂直力載荷時,ε_1為拉應(yīng)變,ε_2、ε_3、ε_4為壓應(yīng)變,力載荷方向?yàn)樗�平時,ε_1、ε_2為拉應(yīng)變,ε_3、ε_4為壓應(yīng)變,并且受到水平力載荷時測點(diǎn)位移大于垂直力載荷時對應(yīng)值。4、搭建了基于光纖光柵的真空環(huán)境不銹鋼小平臺多參數(shù)測試系統(tǒng)。首先對不銹鋼小平臺常壓和真空環(huán)境下溫度分布進(jìn)行檢測,真空環(huán)境下各測點(diǎn)溫度高于常壓環(huán)境下對應(yīng)值,這是因?yàn)槌�壓環(huán)境熱量以熱對流方式損耗至空氣中;真空環(huán)境無熱對流,通過支撐部分熱傳導(dǎo)至底座的熱流量為34.99W,加熱板對底座的直接凈輻射熱流量為1.74W,因此熱傳導(dǎo)效率明顯高于熱輻射。其次在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測量了不銹鋼小平臺受到垂直和水平力載荷(77.6kg)時應(yīng)變和位移,并獲得了在真空環(huán)境下垂直力載荷為62kg的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,繪制了應(yīng)變和位移時程,分析了所測結(jié)果誤差。本文驗(yàn)證了真空環(huán)境下利用光纖光柵獲取結(jié)構(gòu)熱量傳遞和應(yīng)變位移變化信息的可靠性,為復(fù)雜工況條件下的結(jié)構(gòu)參數(shù)檢測提供了一種可行性方法。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.15
【圖文】：

第二章 光纖光柵用于不銹鋼小平臺多參數(shù)檢測的理論基礎(chǔ)第二章 光纖光柵用于不銹鋼小平臺多參數(shù)檢測的理論基礎(chǔ)2.1 光纖光柵傳感原理FBG 利用摻鍺光纖纖芯紫外曝光制作而成，纖芯折射率呈空間周期性分布，柵格沿纖芯軸向均勻分布。FBG 的工作原理如圖 2.1 所示，F(xiàn)BG 能夠?qū)⑷肷涞膶拵Ч庠粗袧M足布拉格條件的光波“反射”回來，其他波長的光繼續(xù)傳播。

合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文應(yīng)運(yùn)而生。文所采用的 FBG 傳感主機(jī)體積小，采樣頻率高，波長分辨率高，能感器在實(shí)際工程中的應(yīng)用。該傳感主機(jī)基于可調(diào)法布里—玻羅(Fabr波法[87]，工作原理如圖 2.2，虛線框內(nèi)即為傳感主機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，寬寬帶光經(jīng)過 3dB 耦合器分光后傳輸?shù)?FBG 傳感器，外界物理量作用時導(dǎo)致其中心波長發(fā)生漂移，F(xiàn)BG 傳感器將寬帶光中滿足中心波長回去，其余光波繼續(xù)向前傳播，發(fā)射回去的光波再次經(jīng)過 3dB 耦合-P 濾波器，可調(diào) F-P 濾波器由鋸齒波信號控制透射波長，當(dāng)發(fā)射波長一致時，光波繼續(xù)傳播并由光電探測器轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)整形放據(jù)采集卡。該傳感主機(jī)可通過 LAN 線與計算機(jī)組成局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)算機(jī)上相關(guān)軟件進(jìn)行所需參數(shù)設(shè)置，便可直接顯示 FBG 傳感器中心、應(yīng)變、壓力值隨時間變化曲線。

2.3 無限大平板熱傳導(dǎo)示意 Thermal conduction of infin板(如圖 2.3)，建立笛卡板右側(cè)表面溫度，由于傳遞至右側(cè)，上述條件1 2ΔT TkAx k 為平板材料的導(dǎo)熱系側(cè)表面溫度 T1、T2單位為)。公式(2.17)也可表示1 2 Δ T T Tq k kA x W/m2，物理意義為單位笛卡爾坐標(biāo)系，則三個方一個熱流密度矢量，表

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2765356