为探究CO2相变致裂应力波传播及影响规律，基于自主研发的三向应变测试装置，设计了CO2相变致裂应力波测试方案。利用动态应变测试系统采集CO2相变致裂过程中的应变信号，分析了CO2相变激发的应力波在岩体中的传播与影响规律。研究结果表明：射流方向和垂直射流方向的峰值应力随传播距离的增大均呈指数型衰减，射流方向峰值应力大于垂直射流方向的峰值应力；CO2充装量与定压剪切片厚度是影响CO2相变致裂应力波的重要因素，剪切片厚度一定时，峰值应力随CO2充装量增加而增大，但增大速率逐渐降低；CO2充装量一定时，峰值应力随剪切片厚度增加而增大，且呈持续增长趋势。

提出一种基于半导体光放大器的光纤环形激光器动态应变传感器系统。在此传感系统中,将基于半导体光放大器的光纤环形激光器结合光纤布拉格光栅作为光纤激光器的波长选择元件,用来探测外界的动态应变信号。激光腔的外部配置一个不可调谐的光纤法布里-珀罗滤波器作为强度解调器,同时配置光纤带通滤波器,可实现多个光纤光栅反射信号分离输出的功能。实验结果表明,传感系统对动态应变信号有较好的响应,能够测量高达200 kHz的动态应变信号,具备解调MHz频率范围信号的能力,验证了复用解调的可行性。该系统具有结构简单、成本低等特点,可应用于结构健康监测中动态应变信号的检测。

光纤传感技术以其抗电磁干扰、 高精度、 易组网等优势在航空航天及地下工程领域的声发射传感中得到了广泛应用。 针对光纤光栅声发射监测系统, 目前研究侧重于均匀光纤光栅的动态应变场传感特性, 基于相移光纤光栅(phase-shifted fiber Bragg grating, PS-FBG)这一新型光纤光栅器件, 重点研究声发射激励产生的动态应变场下相移光纤光栅的光谱特性变化规律。 首先利用传输矩阵理论, 建立PS-FBG的动态应变传感模型, 利用指数衰减的余弦函数模拟声发射激励产生的动态应变场。 通过数值仿真, 详细研究PS-FBG光谱对动态应变场幅度、 采样时刻、 衰减系数、 声发射频率及波长的响应特性。 结果表明, PS-FBG反射谱形状随声发射频率与采样时刻呈现周期性变化, 具体表现为透射窗口所对波长产生周期性漂移, 而带宽变化不明显； 随着动态应变场幅值越大, PS-FBG反射谱的谐振峰向两侧逐渐增多, 透射窗口所对波长漂移很小； 一定范围内衰减系数对PS-FBG光谱影响较大； 而当声发射波长为0.1～2 L时, 对PS-FBG光谱产生较大影响, 此时光谱畸变较严重, 在此范围外, 光谱形状不发生明显变化。 最后, 搭建连续信号激励下的动态应变场实验平台, 分析不同幅度a与频率f变化下PS-FBG的光谱特性, 实验结果与仿真结果较好吻合。 表明PS-FBG光谱对不同声发射激励产生的动态应变场响应不同, 呈现一定规律性, 该研究为基于相移光纤光栅传感技术的声发射传感提供理论指导。

提出一种能实时识别外来撞击声发射信号的被动结构健康监测系统. 此系统使用基于半导体光放大器的光纤布喇格光栅传感系统监测高频动态应变, 动态应变引起的光栅反射谱波长移动转化为相位变化, 并被迈克尔逊干涉仪解调. 在迈克尔逊干涉解调仪中, 使用PID控制器补偿由温度和大的准静态应变引起的低频漂移. 对光程差和布喇格光栅光谱线宽等参量进行了分析和优化. 利用该解调系统成功地对金属板受到撞击时激发的声发射进行了感测, 可获取的动态应变信号频率高达197 kHz.

为研究激光冲击强化7050铝合金薄板表面残余应力的形成机制，采用5种不同功率密度的激光束冲击加载7050铝合金薄板，利用PVDF（聚偏二氟乙烯）压电传感器测量激光冲击薄板试样的动态应变，利用X射线应力分析仪测量激光冲击后的残余应力分布，并借助三维显微系统观察激光冲击强化造成的表面微结构。结果表明，当激光功率密度为1.02 GW/cm2时，激光冲击引起的横向变形小；当激光功率密度为1.53 GW/cm2时，表面稀疏波与横向变形共同导致了试样最大残余主应力呈等双轴分布；当激光功率密度为1.98 GW/cm2和2.77 GW/cm2时，冲击区域中心比临近区域分别高出5.680 μm和10.800 μm，在来回反射的冲击波与表面稀疏波的共同作用下产生了残余应力洞现象；当激光功率密度为4.07 GW/cm2时，试样冲击区域产生了较大的塑性变形且比较平滑，最大残余主应力呈均匀分布。

为了研究激光冲击高应变率下2024铝合金表面的动态应力-应变特性,采用PVDF压电传感器和STSS-1应力检测模块对脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变进行了测量,并对各自检测结果进行了对比分析.结果表明,2024铝合金在激光冲击高应变率作用下动态屈服强度与静力拉伸条件下静态屈服强度接近;在动态应变测量中PVDF压电传感器的响应与灵敏度均优于STSS-1应力检测模块,不仅可以有效应用于脉冲激光诱导材料表面动态应变的实时测量,还可以用于对STSS-1应力检测模块的检测结果进行修正,同时实验使用的2024铝合金的动态屈服强度在220 MPa左右.

在不同表面温度下对TC4钛合金试样进行激光温喷丸实验, 使用频率响应法测试TC4钛合金试样的一阶弯曲振动共振频率和阻尼比, 测定了喷丸区域半高宽值(FWHM), 研究在不同试样表面温度下激光喷丸对TC4钛合金阻尼特性的影响, 分析激光温喷丸中试样表面温度与最终一阶弯曲振动阻尼比的关系, 讨论了不同试样表面温度对试样阻尼性能的影响机制。结果表明: 在进行激光温喷丸时, 试样在动态应变时效温度下形成的高密度位错对阻尼特性有重要影响, 随着试样表面温度的上升, 试样处理后的一阶弯曲振动阻尼比不断升高, 在表面温度达到350 ℃时试样最终处理后阻尼比达到最大值; 与激光喷丸技术相比, TC4试件的阻尼比从2.1%提升到了3.2%, 表明了激光温喷丸可以有效减小振动工况下的振动应力。

为研究脉冲激光冲击波诱导2024铝合金表面的动态应变特性，采用脉冲激光对2024铝合金试样表面进行冲击，并利用聚偏氟乙烯(PVDF)压电传感器测量了脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变，建立了脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面的动态应变模型，并通过试验数据对该模型进行了分析验证。研究结果表明，通过调整脉冲激光的作用参数可以控制激光冲击波与表面波不产生耦合；2024铝合金在激光冲击波诱导高应变率作用下的动态应力应变关系曲线与在静力拉伸条件下的静态应力应变关系曲线类似；脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面动态应变的模型与试验结果一致。

提出了一种新型的基于非均匀光纤布拉格光栅（FBG）精细谱和边沿解调的应变灵敏度增强型传感器。理论研究了在轴向非均匀应变情况下普通FBG的传输谱以及基于传输谱精细结构的应变响应特性。仿真结果表明，将均匀应变转为非均匀应变的新型传感器对应变的灵敏度为普通FBG的4.6倍。在实验上设计制作了这种可将被测物体的均匀应变转换为FBG的非均匀应变以提高应变灵敏度的传感器结构。实验测量结果证明了理论分析的可行性。这种传感器在采用窄线宽激光器的FBG边沿解调方案中具有提高动态应变响应灵敏度以及增大应变测量范围的作用，同时，由于其长度可小型化，在检测高频动态应变信号方面也有较大的应用前景。

采用不同能量的脉冲激光多点单次冲击3种不同界面结合强度的膜基系统，利用X射线衍射(XRD)技术检测膜基系统残余应力，并用聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器技术采集膜基系统的动态应变信号，建立了膜基系统激光冲击波加载模型，探索了激光离散划痕膜基系统的失效形式。结果表明，激光冲击后，2024铝合金表面以及膜基系统冲击光斑中心的残余应力都呈增大的趋势。膜基系统的动态响应与膜基界面结合强度及激光能量有关。激光离散划痕膜基系统的失效形式有两种：一是反射拉伸波导致薄膜剥落；二是膜基系统间的剪切应力导致薄膜剪切失效。