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戰時橋梁損傷監測及其系統設計

時間:2010-05-23 21:48來源: 作者:唐亞鳴   點擊:
橋梁 戰時損傷監測 彈藥 監測系統設計 有限元仿真 無線電源
  【摘要】:戰時橋梁損傷監測是一個新的綜合課題,涉及到橋梁結構、損傷檢測、武器彈藥等多個學科。利用現代先進的檢測技術快速、準確地監測橋梁的損傷,是橋梁軍事交通安全的重要保證,為快速搶修和橋梁毀傷評估提供了依據。 本文分析了橋梁在戰爭中的戰略地位,回顧了橋梁監測的由來、橋梁監測系統的研究概況,橋梁健康監測的概念和內容,監測系統的組成。介紹了彈藥毀傷橋梁鋼筋混凝土結構的研究方法和現狀。 系統介紹了彈藥的種類和毀傷方式,研究了兩種彈藥新型多重命中體制,分析了典型的彈藥侵徹的實驗,得到了彈藥侵徹靶板的速度、能量和動量損失與著靶速度的關系。研究了彈藥侵徹加速度的測試方法,研究了彈丸侵徹混凝土的過程,典型炸藥爆炸的理論分析和有限元仿真。 分析了彈丸沖擊橋梁的動態響應,用有限元方法對鈍頭彈沖擊梁的過程進行了仿真,得到了梁的破壞過程,梁的應變云圖,測點的速度、加速度和位移響應。分析了彈藥爆炸混凝土各測點的動態響應。通過監測橋梁的局部動態響應可以評估彈藥對橋梁的損傷。針對彈丸對橋梁沖擊或爆炸對橋梁的整體性能的破壞,提出了監測輸入橋梁的能量的方法來評估彈藥對橋梁整體性能破壞的程度。 在分析幾種目前常用拉索檢測方法的基礎上,提出了直接檢測拉索內部鋼絲的應變來監測拉索動態載荷的新方法,該方法克服了頻率法只能檢測拉索恒載的缺點。進行了應變計安裝于拉索鋼絲的疲勞實驗和動態載荷測試。 分析了戰時橋梁監測戰場環境的復雜性,提出戰時損傷監測系統設計的基本要求,介紹幾種適合戰時檢測的傳感器。闡述了戰時傳感器傳輸系統的布設方法,以提高戰時監測系統的可靠性和戰場生存率。提出了建立戰時無線監測系統的技術方法,進行了無線數字傳輸的設計和實驗測試。 分析了無線供能的方法,介紹了無線振動發電的原理和測試結果,提出了利用彈藥沖擊載荷發電的無線壓電陶瓷電源供電的方法,進行了能量的理論分析,研究了能量存貯的方法。制作了原理樣機,進行了沖擊載荷下的供能實驗。為橋梁無線動態監測的無線供能提供了新的技術方法。 【關鍵詞】:橋梁 戰時損傷監測 彈藥 監測系統設計 有限元仿真 無線電源
【學位授予單位】:南京理工大學
【學位級別】:博士
【學位授予年份】:2004
【分類號】:U442
【DOI】:CNKI:CDMD:1.2005.031561
【目錄】:
  • 1 緒論10-30
  • 1.1 問題提出10-12
  • 1.2 橋梁監測12-20
  • 1.2.1 橋梁監測的意義12-14
  • 1.2.2 橋梁監測的概念14
  • 1.2.3橋梁監測的內容14
  • 1.2.4 監測系統設計14-20
  • 1.3 橋梁監測系統的國內外研究現狀20-22
  • 1.4 損傷檢測22-24
  • 1.4.1 檢測方法22-24
  • 1.4.2 信息融合24
  • 1.5 彈藥對橋梁結構的損傷24-27
  • 1.5.1 戰斗部毀傷目標的研究方法24-25
  • 1.5.2 混凝土的侵徹研究25-26
  • 1.5.3 混凝土介質的爆破研究26-27
  • 1.6 戰時橋梁的動態監測27-28
  • 1.7 本文的研究內容28-30
  • 2 彈藥對橋梁的損傷30-51
  • 2.1 引言30
  • 2.2 彈藥30-32
  • 2.3 彈藥多重命中32-34
  • 2.3.1 同步起爆技術32-34
  • 2.3.2 高射頻技術34
  • 2.4 彈藥對鋼筋混凝土的破壞34-49
  • 2.4.1 鋼筋混凝土的破壞34-36
  • 2.4.2 彈丸垂直侵徹混凝土介質過程分析36-40
  • 2.4.3 鋼筋混凝土侵徹實驗40-44
  • 2.4.4 彈藥的爆破作用44-49
  • 2.5 影響彈丸破壞混凝土作用的因素49-50
  • 2.6 本章小結50-51
  • 3 戰時橋梁損傷監測51-89
  • 3.1 橋梁損傷監測51-52
  • 3.2 彈藥對橋梁的沖擊損傷52-57
  • 3.3 彈藥沖擊橋梁的數值模擬57-62
  • 3.3.1 數值計算所采用軟件簡介57
  • 3.3.2 有限元模型57-62
  • 3.4 彈丸沖擊混凝土橋梁損傷的數值模擬結果62-72
  • 3.5 彈丸沖擊橋梁的動態損傷監測72
  • 3.6 爆炸損傷72-81
  • 3.6.1 爆炸效應參數72-76
  • 3.6.2 爆炸過程監測模擬76-81
  • 3.7 爆炸動態損傷監測81-82
  • 3.8 彈藥對橋梁沖擊整體損傷的監測82-88
  • 3.9 本章小結88-89
  • 4 拉索動態載荷監測89-98
  • 4.1 橋梁拉索檢測89-90
  • 4.2 拉索動態載荷監測90-94
  • 4.2.1 電阻應變片式傳感器91-92
  • 4.2.2 應變疲勞測試實驗92-94
  • 4.3 拉索動應力檢測實驗94-97
  • 4.4 本章小結97-98
  • 5 戰時橋梁損傷監測系統設計98-110
  • 5.1 概述98-100
  • 5.2 戰時橋梁監測傳感器的選擇100-103
  • 5.3 傳感網絡的布設103-105
  • 5.4 戰時無線監測系統設計105-109
  • 5.4.1 無線傳感系統105-106
  • 5.4.2 無線數字傳輸系統設計106-109
  • 5.5 本章小結109-110
  • 6 戰時無線監測系統電源設計110-119
  • 6.1 無線供能110
  • 6.2 振動電源110-112
  • 6.3 壓電陶瓷電源112-118
  • 6.3.1 壓電電源能量計算112-115
  • 6.3.2 壓電陶瓷電源樣機實驗測試115-118
  • 6.4 應用分析118
  • 6.5 本章小結118-119
  • 7 結束語119-121
  • 7.1 全文總結119-120
  • 7.2 展望120-121
  • 致謝121-122
  • 博士期間發表的論文122-123
  • 參考文獻123-129
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