基于光纤光栅和小波包变换的复合材料板状结构的冲击能量辨识方法

摘要

为实现复合材料冲击能量的高效识别，提出了一种基于光纤光栅（Fiber Bragg grating, FBG）传感器和小波包能量的冲击能量分类方法。首先，以碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP）层合板状结构为实验对象进行冲击能量辨识实验系统搭建，并对复合材料板进行网格区域划分，将FBG传感器植入复合材料板内部，建立应变-温度传感器网络。实验系统通过调节落锤高度，开展5, 10和15 J的CFRP板冲击加载实验。使用FBG传感器对冲击信号进行采集，并将冲击信号转换为动态应变信号。再通过小波包变换对响应信号数据进行频段分解，计算各频段能量比，同时对施加冲击载荷后的复合材料板进行超声损伤分析，获得不同能量冲击造成的结构损伤程度。最后，根据频段能量比值筛选出冲击能量分类特征，实现不同冲击能量的划分并进行验证。实验结果表明，该方法计算步骤简单，能量分类准确率可达到88.9%，具有一定的工程应用价值。

关键词

复合材料 / 光纤光栅传感器 / 小波包变换 / 冲击能量辨识