本书将智能材料与传统结构健康监测相结合，在光纤传感技术和结构长期监测方法方面进行了相关研究。本书结合光纤传感技术和不同监测对象的特点，对光纤传感系统的结构、特性，传感器与结构的有效融合、界面兼容性，传感器的植入工艺和结构的长期监测方法等方面展开研究。全书系统地阐述了一系列基于智能材料的结构健康监测技术与方法，旨在对当前结构健康监测体系进行补充与优化。这些技术不仅能够提升结构安全监测的效率和准确性，还有助于激发更广泛的社会参与，共同推进结构安全保障和灾害预防工作。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 智能材料结构概述 1
1.2 光纤传感器 2
1.2.1 光纤传感器的原理、特点及分类 2
1.2.2 光纤传感器的应用及发展现状 3
1.3 光纤光栅传感器 4
1.3.1 光纤光栅传感器的特点 4
1.3.2 光纤光栅传感器的应用及发展现状 4
1.3.3 光纤光栅传感技术中存在的主要问题 5
1.4 全分布式光纤传感器 6
1.4.1 全分布式光纤传感器的特点 7
1.4.2 全分布式光纤传感技术的应用 8
1.4.3 全分布式光纤传感技术的发展方向 11
1.5 智能材料结构在结构健康监测中的应用 12
参考文献 13
第2章 光纤布拉格光栅传感技术 15
2.1 概述 15
2.2 光纤光栅的传感原理及理论分析 16
2.2.1 光纤光栅的耦合模理论 16
2.2.2 光纤光栅应变传感原理及应变灵敏度的理论分析 20
2.2.3 光纤光栅温度传感原理及温度灵敏度的理论分析 21
2.3 低频高灵敏度FBG加速度传感器 22
2.3.1 FBG的基本特性 22
2.3.2 一般振动模型 22
2.3.3 传感器结构参数分析及优化 25
2.3.4 传感器结构设计与理论计算 30
2.3.5 传感器传感特性试验验证 39
2.4 位移型FBG倾角传感器 55
2.4.1 基本传感原理 55
2.4.2 结构设计与数值分析 56
2.4.3 传感特性验证 63
参考文献 69
第3章 全分布式光纤传感技术 71
3.1 概述 71
3.2 全分布式光纤传感原理及分析 71
3.2.1 光纤中的自发散射谱 71
3.2.2 全分布式光纤传感技术的主要参数 72
3.2.3 光纤中的布里渊散射原理和传感机制 74
3.2.4 光栅温度-应变交叉灵敏度的理论分析 82
3.3 基于FBG的全分布式精确定位方法 83
3.3.1 基于FBG的时域定位方法原理 83
3.3.2 FBG与布里渊信号耦合特性 85
3.3.3 环境温度及空间分辨率对定位精度的影响 87
3.4 基于FBG的布里渊分布式位移传感器 92
3.4.1 基于FBG的布里渊分布式位移传感原理 93
3.4.2 1#位移传感器的传感特性 95
3.4.3 2#位移传感器的传感特性 98
参考文献 101
第4章 基于光纤传感的智能材料结构设计理论 103
4.1 概述 103
4.2 基于光纤传感的智能材料结构特点及发展现状 103
4.3 光纤植入复合结构材料的基本原理 104
4.4 光纤与纤维增强复合材料界面性能 105
4.4.1 剪滞分析模型 105
4.4.2 黏结区应力分量的求解 106
4.4.3 裸纤界面数值分析 109
4.5 智能结构中传感系统的要求与设计 113
4.5.1 复合材料与光栅传感器复合模型及分析 113
4.5.2 传感器结构界面数值分析 114
4.5.3 传感器的尺寸设计 121
参考文献 125
第5章 基于光纤智能材料结构的智能拉索监测方法 126
5.1 概述 126
5.2 智能拉索的结构及功能设计 126
5.2.1 钢索（筋）结构 126
5.2.2 斜拉索的功能设计 127
5.3 复合材料的成型工艺 128
5.4 增强复合材料智能拉索丝的制备 129
5.4.1 试验设计 129
5.4.2 FBG的复合工艺研究 131
5.5 混杂纤维增强复合材料的力学性能 134
5.5.1 力学性能样品制备及分析 134
5.5.2 SEM扫描样品制备及分析 136
5.5.3 光栅传感器与复合材料的界面黏结分析 139
5.6 智能拉索丝的传感特性 141
5.6.1 试验系统 141
5.6.2 传感特性分析 142
参考文献 146
第6章 基于智能支座的桥梁结构健康监测方法 147
6.1 概述 147
6.2 智能支座应变放大原理与结构设计 148
6.2.1 支座结构力学分析 148
6.2.2 基于变截面的环向应变放大原理 150
6.2.3 变截面球形支座的结构设计 150
6.3 球形支座的仿真分析 153
6.3.1 变截面放大器结构参数影响分析 153
6.3.2 竖向荷载下原尺寸球形支座的有限元分析 157
6.3.3 压转荷载下原尺寸球形支座的有限元分析 165
6.3.4 不同工况下的球形支座的有限元分析 172
6.4 环向分布式光纤与球形支座的复合工艺研究 193
6.4.1 传感元件与支座结构的复合设计 193
6.4.2 FBG复合工艺 193
6.5 变截面支座模型传感特性 196
6.5.1 试件制作与试验 196
6.5.2 变截面厚度对支座模型传感特性的影响 199
6.5.3 变截面直径对支座模型传感特性的影响 200
6.5.4 传感器的工作范围 202
6.6 实际变截面支座传感特性 204
6.6.1 试件尺寸与试验 204
6.6.2 变截面直径为275mm的支座 207
6.6.3 变截面直径为315mm的支座 211
6.6.4 无变截面结构支座 213
参考文献 215
第7章 基于螺旋分布式光纤的锚索腐蚀长期监测方法 217
7.1 概述 217
7.2 基于螺旋分布式光纤的锚索均匀腐蚀监测原理 219
7.2.1 腐蚀膨胀厚壁圆筒模型分析 219
7.2.2 基于螺旋分布式光纤的锚索腐蚀监测原理 220
7.2.3 环向光纤应力的影响参数分析 222
7.3 螺旋分布式光纤的曲率研究 223
7.3.1 螺旋缠绕角对螺旋分布式光纤传感器性能的影响 224
7.3.2 弯曲曲率对螺旋分布式光纤传感器性能的影响 226
7.4 螺旋分布式光纤应变与腐蚀率的理论数学模型 228
7.4.1 钢筋锈胀力与腐蚀率关系的理论分析 228
7.4.2 螺旋光纤缠绕参数与光纤应变的理论分析 231
7.5 钢筋混凝土结构的钢筋腐蚀规律 232
7.5.1 试验方案 232
7.5.2 钢筋锈胀规律 234
7.5.3 垫层厚度对螺旋分布式光纤应变的影响 238
7.5.4 钢筋腐蚀长度对螺旋分布式光纤应变的影响 242
7.5.5 光纤应变与结构损伤的关系 243
7.5.6 钢筋腐蚀的损伤定位规律 244
7.6 复合式锚索长期监测模型试验 248
7.6.1 预应力锚索腐蚀长期监测验证平台的搭建 248
7.6.2 电加速腐蚀试验 249
7.6.3 结果分析与讨论 250
参考文献 253
第8章 基于轴向分布式光纤的锚索腐蚀长期监测方法 254
8.1 概述 254
8.2 基于轴向分布式光纤的锚索腐蚀监测原理 254
8.2.1 预应力锚索腐蚀损伤监测思路 254
8.2.2 预应力锚索腐蚀损伤表征参数 256
8.2.3 腐蚀率测试范围 258
8.2.4 预应力锚索腐蚀损伤数学模型的推导 261
8.2.5 试件的设计及制作 262
8.3 基于轴向分布式光纤的预应力锚索腐蚀损伤的监测方法 265
8.3.1 试验方案 265
8.3.2 结果分析与讨论 268
8.4 光纤植入纤维增强复合材料的性能 275
8.4.1 FBG智能纤维复合材料的微观力学与界面性能 275
8.4.2 界面的疲劳特性 279
参考文献 280
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