發(fā)布時間：2020-07-22 04:55

【摘要】：不銹鋼結構因具有耐腐蝕、高強度、耐高溫等優(yōu)點廣泛應用在建筑工程、航空航天、能源設施等領域,其使用過程中會受到熱、力復合載荷作用,采用合適的傳感器能夠及時發(fā)現(xiàn)結構存在的風險。本文以托卡馬克裝置真空室內(nèi)部支撐結構為原型設計的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、易復用成網(wǎng)絡、測量精度高等優(yōu)點,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構參數(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的發(fā)展情況和應用現(xiàn)狀,從熱力學和力學兩方面介紹了國內(nèi)外不銹鋼結構參數(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、應變傳感原理和濾波法解調(diào)信號,詳細介紹了熱傳導、熱對流和熱輻射三種熱量傳遞方式以及材料內(nèi)部應力應變和位移理論。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仿真結果,確定了不銹鋼小平臺的測點位置。仿真結果表明在真空和常壓環(huán)境下不銹鋼小平臺的4個測點溫度依次降低,由于常壓環(huán)境下熱對流產(chǎn)生散熱,同一測點處真空環(huán)境下溫度值高于常壓環(huán)境下對應值。施加垂直力載荷時,ε_1為拉應變,ε_2、ε_3、ε_4為壓應變,力載荷方向為水平時,ε_1、ε_2為拉應變,ε_3、ε_4為壓應變,并且受到水平力載荷時測點位移大于垂直力載荷時對應值。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)境下溫度分布進行檢測,真空環(huán)境下各測點溫度高于常壓環(huán)境下對應值,這是因為常壓環(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,因此熱傳導效率明顯高于熱輻射。其次在實驗室環(huán)境下測量了不銹鋼小平臺受到垂直和水平力載荷(77.6kg)時應變和位移,并獲得了在真空環(huán)境下垂直力載荷為62kg的實驗結果,繪制了應變和位移時程,分析了所測結果誤差。本文驗證了真空環(huán)境下利用光纖光柵獲取結構熱量傳遞和應變位移變化信息的可靠性,為復雜工況條件下的結構參數(shù)檢測提供了一種可行性方法。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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)大學碩士學位論文應運而生。文所采用的 FBG 傳感主機體積小，采樣頻率高，波長分辨率高，能感器在實際工程中的應用。該傳感主機基于可調(diào)法布里—玻羅(Fabr波法[87]，工作原理如圖 2.2，虛線框內(nèi)即為傳感主機的內(nèi)部結構，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。該傳感主機可通過 LAN 線與計算機組成局域網(wǎng)進行數(shù)據(jù)算機上相關軟件進行所需參數(shù)設置，便可直接顯示 FBG 傳感器中心、應變、壓力值隨時間變化曲線。

2.3 無限大平板熱傳導示意 Thermal conduction of infin板(如圖 2.3)，建立笛卡板右側表面溫度，由于傳遞至右側，上述條件1 2ΔT TkAx k 為平板材料的導熱系側表面溫度 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系，則三個方一個熱流密度矢量，表

【參考文獻】

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本文編號：2765356