基于正交FBG感知网络的板状结构形变检测与形态重构研究

基于机敏柔性结构形态变化主动监测研究背景，以板状结构复杂形变检测与实时形态重构为研究目标，采用正交分布植入式光纤光栅感知网络构建实验模型结构，开展机敏柔性结构变化形态感知与拟合重构方法及其可视化技术研究，取得创新性研究成果。研究重点包括：光纤光栅传感网络敏锐感知、弯扭耦合形变检测和状态解耦、应变与温度交叉敏感等关键技术；传感网络优化配置策略与准则，适用于传感器数目、位置及方位角度的多目标优化方法；基于分布正交曲率信息的空间复杂形态拟合重构方法，以及三维可视化技术；构建模型结构和实验平台，使理论方法研究和实验分析验证相结合，并从应用角度寻求工程实现方法。结构形变状态自主感知与复杂形态实时重构的方法技术，历来是结构状态监测领域一个重要方向和难点课题，不仅对结构安全性监测和可靠性评估具有重要科学意义，进一步可为结构形态控制和拓扑保形提供关键技术支撑，因此相关理论方法和实现技术亟待深入探索和突破。

伴随航空航天事业的持续发展和大型远场结构的不断涌现，结构运行状况的实时安全性监测和可靠性观察始终是这一领域亟待解决的关键技术问题，其中柔性结构形变状态和振动形态主动监测构成重要研究内容之一。本项目基于上述研究背景，以柔性板状结构为基本实验模型对象，通过离散植入正交分布式光纤光栅传感网络并进行优化配置，面向结构复杂形变状况和低频振动形态的实时感知、重构与可视化表达，开展关键技术方法研究并进行实验分析验证；主要研究内容包括：光纤光栅传感网络特性分析与感知机理、光纤光栅传感网络优化配置方法与实现技术、机敏板状结构形态拟合重构方法与可视化技术、实验平台构建与实验分析验证。. 主要研究成果包括：（1）基于优化配置FBG传感网络的结构复杂形变感知方法与技术，针对FBG传感网络感知技术、弯扭耦合结构正交形变检测、传感器封装与在线标定等方法技术，以及传感网络优化配置策略与准则，适用于传感器数目、位置及方位的多目标优化方法研究，从而为板状结构复杂形变状态的敏锐感知与高效检测提供技术方法支撑；（2）基于正交分布植入式FBG传感网络的板状结构复杂形态拟合重构方法与可视化技术，通过研究测点二维正交曲率相互耦合关系与解偶方式，以此获取对应测量平面各方向应变与变化曲率转换关系，进而发展了基于模态位移叠加法与基于正交曲线网法的结构形态空间曲面重构算法，以及实现板状结构变化形态三维可视化技术；（3）开发构建FBG机敏板状结构形态感知重构与临场可视化实验平台，针对FBG传感网络感知技术、FBG传感网络优化配置效用、FBG机敏板状结构复杂形态重构算法，以及结构形态重构效果动态特性评价等关键技术方法，进行了实验分析、方法改进与实验验证工作。. 本项目研究以及取得的主要成果，丰富了智能结构状态主动监测的相关方法与技术，体现了学科交叉集成思想与技术方法创新意识，对重要结构安全性监测和可靠性评估具有重要科学意义，并为结构形变状态自主感知与复杂形态实时重构领域相关技术方法的发展提供了研究基础。