[发明专利]基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法

权利要求书

1.一种基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选定待测试件，找到待测试件上的裂纹；

步骤2：对待测试件进行结构力学分析，具体对待测试件进行有限元仿真分析，确定裂纹尖端的应力应变分布情况：在有限元分析前需要确定外界加载条件及试件材料、弹性模量、泊松比及相关参数，明确监测裂纹尖端的应变场分布；根据已经确定的实验条件，对试件利用有限元仿真软件进行有限元分析，得到裂纹尖端附近区域的应力值；

步骤3：在待测试件上粘贴光纤光栅传感器阵列，具有根据裂纹扩展情况，在与裂纹扩展方向垂直方向上粘贴光纤光栅传感器阵列，根据有限元模拟结果，确定FBG传感器的布置及数量，使布置的传感器明确感知裂纹尖端应变梯度及其变化趋势；

步骤4：将粘贴了FBG传感器阵列的待测试件安装在力学试验机上，并选择光纤光栅传感系统模型为反射式模型；

步骤5：通过光谱仪记录光谱并进行分析，主要是分析裂纹尖端不同距离处的FBG光谱的波长漂移量和光谱宽度；

步骤6：根据步骤5中FBG传感器阵列得到的裂纹尖端的应力场和步骤3中根据有限元模拟的裂纹尖端应力场进行对别验证，并根据FBG传感器光谱的波长漂移量定量监测裂纹位置。

2.根据权利要求1所述的基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，步骤1中所述选择航空常用板材LY12铝合金薄板作为待测试件，其规格为200mm×50mm×2mm，在此规格的板试件上的左侧中部用线切割机预制一3mm×0.4mm×2mm的裂纹作为有损试件。

3.根据权利要求1所述的基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，步骤2中所述，首先对试件材质的弹性模量、泊松比及相关参数进行确认；其次，待测试件在力学试验机上一端夹持一端受力，认为是静载荷下类似于均匀受力情况；另外，在有限元仿真前需要先对试件进行3D建模，接着在有限元软件对试件进行网格划分，设置相关参数，最终进行有限元分析。

4.根据权利要求1所述的基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，步骤3所述具体为：在待测试件上距离预制裂纹尖端15 mm的范围内布置3个FBG构成传感器阵列,传感器之间的间隔为5mm。

5.根据权利要求4所述的基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，每个有损试件上的3个FBG的初始波长接近，将需要粘帖FBG的区域用细砂纸十字形打磨，并用酒精擦拭后均匀粘贴，使FBG与待测试件紧密粘贴；在粘胶时，用直径为0.5mm的塑料管隔断相邻FBG之间胶的流动，胶固化后抽调塑料管，使各FBG都独立粘贴。

6.根据权利要求1所述的基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，步骤4所述具体为：首先光源发出的光波由传输通道经连接器进入FBG，带有外场信息的调制光被FBG反射，经耦合器到接收通道被光谱仪接收，通过解调后输出。

7.根据权利要求1所述的基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，步骤5所述具体为：把FBG传感器阵列测得的应力和有限元模拟的裂纹尖端应力导入Origin进行处理。

8.据权利要求1所述的基于FBG传感器阵列光谱的裂纹损伤监测与应变场测量方法，其特征在于，粘贴了FBG传感器的待测试件安装在INSTRON-3382力学试验机上进行加载，从1KN加载至9 KN，每次升高1 KN后保持1min。