热载荷下星载天线逆有限元变形重构方法

为实现星载天线结构在服役过程中的实时变形监测,针对真实分布式热载荷下的星载天线板结构,研究了基于应变监测的逆有限元变形重构方法.首先,针对星载天线板结构提出了一种基于四节点四边形逆向壳单元的变形监测方法,通过建立基于位移梯度的单元划分方法,对逆有限元单元划分进行优化,采用最小二乘误差函数构造结构应变与位移的矩阵关系.其次,建立天线板热试验系统,获取典型热载荷下的结构温度分布.然后,建立典型实验温差状态下的复合材料星载天线板结构有限元模型,获取结构表面应变和位移.最后,在典型热载荷下,验证所提变形重构方法的有效性.结果表明,变形重构的位移误差不超过0.5 mm,说明逆有限元法能够在典型热载荷下准确重构天线板变形.

应用小波分析及主动监测技术的复合材料损伤监测

用小波分析作为信号处理工具将能对被分析信号进行更细致分析 ,获得比傅立叶分析更多的信号特征。本文研究采用主动监测技术 ,利用压电传感器及驱动器对结构进行实时大面积监测 ,同时引入先进信号处理方法 -小波分析对检测信号进行时频局部化处理 。

应用应力波技术的蜂窝结构损伤监测

蜂窝夹层复合材料结构是复合材料在飞机上所采用的一种重要形式。文中采用基于压电元件的应力波技术对蜂窝夹层结构的脱粘损伤进行了监测研究 ,研究采用梁及板两种典型结构试件 ,并采用小波分析对应力波检测信号进行了数据处理 ,提取了两种可有效表征脱粘损伤的应力波因子 ,初步实现了一套蜂窝夹层结构损伤的实时在线监测系统。

基于结构健康监测系统的桥梁数据异常诊断研究

桥梁结构监测主要集中在对桥梁结构损伤位置和损伤程度的研究,然而,这是以桥梁结构健康监测系统数据有效为前提的。在实际的环境里,由监测系统自身故障引起的异常往往会对监测数据有一定影响,使得监测系统产生损伤误报,增加了虚警率;同时,由某些外部荷载引起的突发事件,可能会对结构有严重破坏,不利于桥梁的安全维护和管理。为了保证桥梁的安全,提高桥梁结构监测的有效性,有必要对特殊事件进行异常诊断。该文将一类识别方法应用到桥梁数据诊断中,即通过核主成分分析和超球面一类支持向量机方法将一般监测数据和特殊事件数据有效区分,并利用江阴大桥的加速度传感器数据验证了该方法在船撞、台风、传感器装机噪声和传感器跳变信号下的有效性。

基于FPAA的自修复智能无线传感器节点

针对无线传感器网络自身的可靠性和维护问题,提出了一种基于FPAA(field programmable analog arrays)的自修复智能无线传感器节点的实现方法。该方法以FPAA为核心构成传感器的主要信号调理电路,节点设计有硬件故障自诊断功能,在节点部分硬件模块发生故障的情况下,可修复相应故障,确保节点在无人职守及野外应用时的可靠性,避免节点的直接丢弃。重点介绍了自修复节点的实现方法、软硬件研发并对节点进行了自修复实验研究,分析了自修复节点的功耗及可工作时间,节点能够在2节具有1 700 mAh的AA电池的供电下工作半年时间。

大型飞机的发展对结构健康监测的需求与挑战

结构健康监测目前是国内外研究的热点,飞行器结构是结构健康监测技术的一个重要应用对象。飞行器结构健康监测技术从实验室研究走向实际工程应用需要进行大量的试验验证研究。

基于FBG反射谱特征的修补结构裂纹扩展监测

为了提高飞行器壁板裂纹修补结构的安全性,对基于光纤布拉格光栅(FBG)反射谱特征的航空铝合金修补结构疲劳裂纹扩展长度及角度监测方法进行了研究。修补结构在疲劳载荷的作用下,裂纹发生扩展,其尖端附近会产生不均匀应变场,在其作用下FBG传感器反射谱发生变形,通过检测反射谱变形达到监测裂纹扩展的目的。建立了实验样件的模型,使用有限元方法计算得到不同角度下裂纹扩展到不同长度时的应变分布,使用传输矩阵数值计算方法得到相应的FBG反射谱。提取反射谱的主峰偏移、反射谱面积、次峰峰值和三峰峰值等变形特征,建立并训练人工神经网络(ANN),通过ANN建立反射谱变形特征同裂纹扩展情况的关系,实现了对修补结构裂纹扩展的精确监测,监测裂纹长度误差在0.5 mm之内,角度误差在5°之内。解决了修补结构的裂纹扩展精确监测问题,对提高飞行器安全以及节约维护成本有着重要意义。

一种适用于梁式机翼的变形重构方法

针对航空航天领域飞行器机翼结构实时变形监测的需求,研究了一种基于结构表面应变测量的变形重构方法。该方法采用应变传感系统测得结构表面应变,再通过Ko位移理论实现应变-位移转换,重构测点处的变形,从而为结构健康监测系统、控制系统以及故障预测提供参考,保证结构运行的安全性。首先以等强度梁为对象,对该方法进行了实验分析;进而采用梁式机翼结构,通过对翼梁结构有限元建模,对该方法展开研究。实验和有限元分析结果均验证了该方法在梁式机翼结构变形重构研究中的可行性和可靠性。

自诊断损伤区域和级别的智能复合材料结构

智能材料与结构是当前研究的热门课题,本文介绍了我们所研制的一种能够对损伤进行自诊断的智能结构系统,系统能进行损伤或大应变位置的自诊断及损伤级别的判断,主要介绍了智能复合材料结构试件的制作、四点法传感元件的布置及应用模式识别算法的研究,该系统具有较高的自诊断成功率。

一种飞机结构结冰监测及自适应除冰的模拟试验

利用小波分析对飞机复合材料结构表面结冰的出现及程度进行诊断 ,并在诊断的基础上 ,提出利用埋入的形状记忆合金进行除冰 ,将飞机防冰工作由被动变为主动的设想。该方法如果能够实现 ,将节省能源 。

网络编码在无线数据传输补偿机制中的运用

为了降低无线传感器网络中由于各种因素影响造成的丢包率,提出了一种基于网络编码的数据传输补偿机制。该机制在普通星型网络架构的基础上,设计并加入了一种协作节点。此节点需要对收到的同一个信道内多个采集节点的数据进行编码运算,之后将运算生成的补偿数据包发送至基站,上位机通过基站上传的数据包来补偿得出采集节点在基站处的数据丢失。采用确定性编码方式减少节点的运算量,采用事件触发机制保证协作节点发包时刻的有效性,网络中数据包通过时分多址(time division multiple access,简称TDMA)机制保障其实时可靠收集。对网络中加入协作节点的影响进行了实验验证,结果表明,此方法中引入的协作节点可以稳定工作,上位机可以正确解码,并能有效降低网络的丢包率。

测控技术在智能材料结构研究中的应用

智能材料结构中的测控技术涉及传感器、驱动器、信号信息处理单元及通信技术等多项关键技术。测控技术的发展为智能材料结构的诞生创造了条件，它的进一步发展也将为智能材料结构的真正应用打下基础。

基于光纤传感器的行驶车辆动态载荷监测技术

研究了一种基于光纤传感器的行驶车辆动态载荷监测系统,光纤传感器采用迈克耳逊干涉原理,研究中专门设计了系统软硬件以自动识别车辆到达时刻、消除噪声并提取传感器信号。采用MTS加载实验系统对监测系统在承受不同的动态载荷和加载速率情况下的测量输出进行了实验研究。文中还提出了一种传感器标定方法用来标定监测系统。通过标定,可以直接得到行驶车辆对路面所施加的动态载荷,并可反推车辆在静止时对路面施加的静态载荷。

损伤自诊断自适应智能材料结构的研究

本文介绍了一种强度型损伤自诊断自适应智能复合材料结构的研究情况。这种智能材料结构基于电阻应变丝为传感元件，形状记忆合金为动作元件。为使结构具有高的灵敏度及诊断精度，文中研究了传感元件的布置方案，提出了四点布置传感元件的方法。同时采用形状记忆合金为动作元件。在自诊断出损伤后，对相应的ＳＭＡ激励，以减小损伤或防止其扩展。

一种面向航空结构的具有穿透能力的无线节点

针对结构健康监测中应用的无线节点结构穿透能力差的问题,提出了一种面向航空结构的具有穿透能力的433 MHz无线节点的设计方法。给出了节点的详细硬件设计及通讯协议设计方法,实验对比了所设计节点和常规应变测试系统的应变测试结果,验证了节点设计方法的正确性。在封闭飞机机翼盒段内部布置节点,实验对比了所设计节点和基于2.4GHz的Telosb节点的通信丢包率。结果表明,所设计节点的结构穿透能力强于Telosb节点。功耗测试结果也表明,所设计节点的功耗小于Telosb节点。

双BP网格在损伤评估智能结构中的应用

为满足智能材料结构中大量的传感器和驱动器的信息处理和控制要求，目前应用较多的是ＢＰ网络，但它存在一些缺陷。本文研究采用双ＢＰ网络替代标准ＢＰ网络以提高其泛化能力，并应用于损伤评估智能复合材料结构中。

智能材料结构在民用上的应用

主要介绍智能材料结构在民用中的最新研究进展及其在民用方面的一些实际应用。首先介绍光纤传感器在土木工程中的应用，接着叙述建筑及桥梁结构的主动控制及采用信息高速公路实现远地监测的智能民用结构。智能材料结构具有广泛的应用前景，这一新技术在民用上的应用研究也正在不断深入，相信不久的将来，这一技术会在越来越多的实际民用场合发挥优势。

疲劳裂纹扩展的卷积神经网络辨识

本文提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)的疲劳裂纹扩展辨识方法,首先针对导波健康监测损伤特征分散性问题,建立二维多通道多频率损伤特征模式用于卷积神经网络辨识,设计具有复杂非线性运算能力的卷积神经网络解决疲劳裂纹扩展的定量辨识问题。所提方法在变幅载荷疲劳裂纹扩展试验中进行了验证,相比常规多项式拟合辨识方法最大误判长度由2.95mm减小至1.66mm,均方根误差由1.20mm减小至0.33mm,实现了疲劳裂纹扩展辨识准确率的有效提升。

基于导波-高斯混合模型蒙特卡罗迁移度量的结构损伤定量化诊断方法研究

在线准确定量诊断飞行器结构疲劳裂纹损伤对于保证结构安全、降低维护费用具有重要意义,为了提升复杂服役条件环境下结构损伤定量化诊断的可靠性,本文提出了一种导波-高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)蒙特卡罗迁移度量的损伤定量化诊断方法。首先建立表征结构不同状态下导波特征概率分布的GMM,再通过大数据随机采样的蒙特卡罗方法计算监测状态GMM相对于基准GMM的迁移距离,该方法在避免了复杂积分计算的同时,能够更准确地计算GMM的迁移距离,实现复杂服役条件下损伤扩展的准确定量化追踪诊断。选取重要飞行器耳片连接结构进行了孔边裂纹监测,有效实现了裂纹定量化监测,结果表明,相比传统的最小匹配迁移距离计算方法,本文提出的方法使裂纹定量化精度提高了29%。

强度型损伤自诊断智能结构中四点法布置的研究

介绍了一种能够实时大面积地进行复合材料损伤或大应变位置自诊断的智能结构系统 ,从理论及实验两方面对复合材料平板进行了应力分析 ,讨论了作为传感元件的电阻应变丝阵列在结构中的布置方案 ,提出了四点布置法的方案 ,还介绍了按此方案实际实现的实时损伤自诊断智能结构系统 。