飞机结构健康监测策略研究

飞机全寿命周期结构健康监测技术的应用对提高飞机在役安全性和可靠性,提升地面维护效率,延长飞机使用寿命具有巨大的价值和效益,因而得到国内外的持续关注和研究。该技术在飞机上的应用已成为衡量飞机先进性的重要指标之一,而飞机结构健康监测标准规范与策略的制定是技术开展的首要任务。分析了航空制造业先进国家结构健康监测技术相关的标准规范,明确了制定标准规范的具体要求;通过总结国外结构健康监测技术最新研究进展,梳理了结构健康监测技术框架体系;针对我国飞机结构地面试验和服役环境2大应用场景的技术特点,明晰了我国结构健康监测的技术需求,并在此基础上,提出了我国飞机结构健康监测的总体架构和可供剪裁的技术实施策略。

土木工程智能结构健康监测应用综述

在土木工程行业转型的背景下,智能技术为土木工程结构健康监测(SHM)领域的创新和发展带来了新的技术手段和工具,进而拓宽了土木工程SHM系统各个方面的研究领域。系统地梳理了当前土木工程SHM领域智能技术应用的研究现状,涵盖了计算机视觉、机器学习、智能机器人及无人机等方面。在综述现有研究成果的基础上,对未来智能技术在土木工程SHM领域的发展趋势和前景进行了展望,并深入探讨了土木工程SHM与智能学科融合所带来的创新与挑战。

大连湾海底隧道结构健康监测系统研究与应用

结构健康监测是通过无损、实时的方式识别外部环境变化及结构自身变化,实现损伤识别、评估分析、安全预警等功能,从而快速辨别结构的健康状态的监测手段。结构健康监测系统可为项目的智慧管养、运维提供决策和支持,达到降低运营风险、延长结构使用寿命、节约运营成本的目的。文中从监测系统中监测内容的设计、监测平台的软硬件构建等方面对大连湾海底隧道结构健康监测系统进行介绍,应用反馈的监测数据验证了监测系统的准确有效性。

结构健康监测系统在木结构古建筑中的应用

文物木结构古建筑是一个国家文化的重要组成部分,代表着民族文化的自信与传承。然而由于长时间受到环境和人为侵蚀,木结构古建筑易遭到损坏。为更好地保存好木结构古建筑以及其代表的文化内涵,对其结构安全监测提出了迫切的需求,近年来对木结构古建筑的安全监测方法也得到了快速的发展。分别介绍了虚拟重建、红外热成像、地面激光雷达、超声波监测、光纤传感等技术的原理及在木结构古建筑监测中的应用,并总结了其各自的优势与劣势。针对木结构古建筑采光不足问题,总结了光导系统,尤其是光纤光导照明系统对自然光的引入,该类照明系统具有清洁、安全的特点,避免了烛火、电类照明系统为木结构古建筑带来的火灾风险。

基于分布式光纤的蜂窝夹层结构脱粘损伤监测

航空航天蜂窝夹层结构服役环境恶劣,需要发展相应的结构健康监测技术以保证结构的安全运行。脱粘损伤因发生在内部胶层而难以监测,该文采用埋入胶层的分布式光纤传感器对蜂窝夹层结构脱粘损伤进行监测。在预埋损伤监测试验中采用高强光纤和边界浅槽的方式提高传感器存活效率,得到脱粘损伤应变特征。采用参数化建模方式对不同损伤位置进行大量有限元模拟,加入白噪声后得到含有脱粘损伤特征的13500组数据。将模拟数据代入卷积神经网络进行训练,训练后的网络对试验损伤数据的识别准确率达到98.84%。该方法能够识别20 mm^(2)脱粘损伤,同时定位平均误差小于4 mm。

大跨度钢结构多点吊装实时结构监测

在大跨度钢结构的吊装施工过程中,易发生工程事故。而传统的监测方法适用范围小,难以协调监测和控制施工,会导致出现许多问题,基于此,建立大跨度钢结构多点吊装结构监测方法。通过采集监测数据,实时输出大跨度钢度结构的挠度、应力、应变、风力和温度等,实现实时监测,确保吊装过程的安全。试验结果表明,对大跨度钢结构进行复合监测可以实现实时监测,且已知最大变形均发生在大跨度钢结构的中线处;人工检测与实时结构监测系统误差范围较小,平均值为2.1%。

航天器结构中导波健康监测技术的若干进展

基于航天器结构健康监测需求,从空间碎片撞击定位、结构损伤评估、泄漏定位3个方面,阐述了导波的相关应用进展。首先分析了空间站、可重复使用运载器和燃料贮箱等结构面临的风险和监测需求,然后介绍了相关的理论和监测方法研究进展,以及多物理场导波建模和传播仿真技术,最后探讨了设计集成“撞、漏、损”多功能一体化结构健康监测系统的实现思路,以及导波结构健康监测技术在与空间机器人、空间激光溯源、无线通信和能量传输结合方面的应用前景。

基于结构健康监测的大直径球体高层支撑钢结构施工全过程性能评估

基于结构性态健康监测系统数据,对大直径球体高层支撑钢结构体系进行施工全过程的结构监控。根据结构设计超限情况,进行了不同传感器的测点布设,建立了以应力、应变、倾角位移和温度传感器为基础的结构健康监测系统;结合结构全施工过程模拟分析,对比评价了构件及结构体系在各施工阶段的应力和变形,并分析了球体顶部穹顶结构提升过程中结构的力学性态变化。根据模拟分析结果,结合监测系统采集的实测数据,验证了施工期构件及结构体系的安全性,评价了施工全过程环境温度对结构性能的影响,体现了结构健康监测对异形复杂建筑结构施工控制的有效性。

飞行器结构健康监测技术研究进展

结构健康监测技术有望在飞行器设计、服役和维护中发挥关键作用,提高飞行器结构效率,确保飞行器结构的安全性和可靠性。本文首先概述结构健康监测的基本概念及其适用范围,强调其在航空航天领域中的重要性。随后,针对结构健康监测技术在飞行器典型结构中的研究工作情况,重点围绕冲击监测、超声导波损伤监测以及光纤传感器应变监测等先进技术进行详细讨论,总结国内外研究现状、技术能力以及典型应用。最后,指出飞行器结构健康监测面临的挑战性问题,展望该技术在航空航天领域的应用前景。

基于光纤和柔性传感器的固体火箭发动机结构监测技术研究

结构监测对于固体火箭发动机的结构可靠性有着重要意义。发动机界面的温度、应变和应力以及内孔表面的应变均是结构监测的重要参数。利用惰性推进剂圆管发动机,通过在衬层/推进剂和绝热层/衬层两个界面布设FBG光纤传感器和内腔粘贴柔性应变传感器实现发动机药柱结构监测,并通过温度循环载荷试验获得界面温度、轴向应变、环向应变和主应力以及内孔环向应变等数据,验证了结构监测技术的有效性和适用性。试验结果表明,两个界面的温度和轴向应变较为一致;绝热层/衬层界面的环向应变一致性明显优于衬层/推进剂界面,其原因在于传感器在前者中更易定位;基于直角应变花方式测得的界面主应力幅值约为0.007 4 MPa;2个柔性应变传感器测得的内孔环向应变较为一致,幅值分别为13.4%和13.8%,可用于大应变监测。研究结果可为发动机结构监测系统研制和导弹系统的可靠性提供技术参考。

基于CFAR算法的FMCW毫米波雷达桥梁结构监测方法研究

毫米波雷达技术广泛应用于各种微小形变监测中,但其识别结果难以满足桥梁结构的形变监测需求。因此,为了提高其在桥梁结构监测中的目标识别,研究利用恒虚警率算法作为识别算法,并对算法的k值进行修正。在此基础上,引入相位比较法解决快速傅里叶变化的栅栏效应。验证显示,在多目标检测中,研究提出的恒虚警率算法比均值类的识别精度提高了50%。与其他方法相比,研究提出的方法位移误差平均降低了48.61%。结果表明,研究提出的方法能够改善调频连续波毫米波雷达技术在桥梁结构形变中的监测性能,能够提高毫米波雷达技术的目标识别精度与测距精度,在微小测距工作中具有积极的实用价值。

结构健康监测对飞机运营成本和效益的影响因素分析

在商业航空高质量发展下,航空公司航班增多,飞机在服役过程中受极端环境、交变载荷、外力撞击等因素影响,可能出现各类损伤。目前,航空公司采用传统的定期预防性检修模式,这带来了不必要的耗时和耗资,给航空公司运营带来较大成本支出。航空公司希望通过结构健康监测新技术的开发应用,在保证飞机飞行安全可靠的前提下,降低运营成本支出。目前尚未有商业案例供参考,本文针对上述问题,介绍了结构健康监测技术在航空领域的价值与应用,分析了结构健康监测对飞机运营成本和效益的影响,研究结果可为航空公司采用结构健康监测技术以降低运营成本和提高运营效益提供一定的参考。

大曲率巨型钢桁架的结构安全监测平台与施工监测研究

由于复杂建筑结构的施工难度大且不确定性高,开展结构施工监测对整体的安全稳定至关重要。基于BIM和Web技术研发了对巨型钢桁架结构进行施工监测的结构安全监测平台,并对监测平台的总体设计思路及各项功能进行了详细的说明。根据监测数据的概率分布特征,利用高斯混合模型确定监测预警值以开展结构安全预警。该安全监测平台跟踪了钢桁架卸载施工全过程的形态和内力变化情况,建立了钢桁架的精细化模型以模拟卸载施工的全过程,并对比分析了实测结果和计算结果。研究结果表明:钢桁架z向位移均未超过跨度的1/400,构件应力比的最大值未超过0.4,说明了卸载施工的安全性较高;施工阶段的实测应力和位移的相对误差不超过10%,反映了数值模型对于卸载施工模拟的可靠性和有效性;所研发的监测平台获得了卸载全过程的结构响应变化规律,可为结构状态评估提供可靠的数据支撑。

复合材料结构健康监测中机器学习方法研究进展

纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced plastics,FRPs)因其高模高强、可设计强、耐腐蚀等优异性能,已广泛应用于航空航天等高性能领域。结构健康监测(Structural health mornitoring,SHM)对于保障复合材料结构的安全运行至关重要。随着人工智能技术的进步,机器学习方法在复合材料结构健康监测领域也得到快速发展,以数据驱动方法代替传统模型对结构状态进行判断,使得基于各类传感器的结构健康监测技术具有更高的准确性、鲁棒性及高效性。基于此,本文首先阐述了在复合材料结构健康监测领域中常用的机器学习算法,其次总结了机器学习方法在复合材料损伤模式识别、损伤位置识别和损伤程度识别几个方面的研究进展,最后讨论了基于机器学习的复合材料结构健康监测的未来发展趋势。

基于健康监测的飞机结构寿命预测技术

飞机结构健康监测技术在飞机的结构设计、飞行及维护过程中发挥着重要作用,该技术可用于结构健康状况预判、辅助维修与维护决策。本文首先介绍了当前结构健康监测的概念及其适用范围,讨论了结构健康监测相关规范要求,以F-35和A400M为例分析了国外飞机结构健康监测技术的典型工程案例,并给出了典型飞机单机跟踪和寿命控制、某老龄飞机载荷谱实测及寿命预测,总结了基于裂纹的监测方法研究及限制其应用的主要因素。在此基础上,提出了飞机结构健康监测系统设计的主要思路,给出了寿命预计的基本流程,阐述了其中控制点选择、飞行参数筛选、载荷/应变方程构建、损伤计算及寿命评估、结果输出及方程验证等主要环节。最后,对航空领域未来开展结构健康监测智能化研究进行了展望。

双塔连体建筑结构健康监测及抗震安全预警管理研究

以扬州建工科技园工程项目为研究对象,利用传感器技术、5G通信技术等,基于神经网络的人工智能算法,建立结构健康监测及抗震安全预警管理系统。该系统能够实现对建筑结构的实时、远程监测,并能够在地震到达建筑前对结构的安全性做出准确预判的目标,为结构应急响应决策提供依据,保障人民生命和财产安全,对于同类型的工程具有一定的参考价值。

基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测

目前矿井提升机天轮的监测研究大多侧重于对天轮的振动、温度、偏摆的监测,而对天轮结构性能监测的研究较少。针对该问题,提出了一种基于数字孪生的矿井提升机天轮结构性能监测方法。根据矿井提升机天轮运行过程中的实际状况,设计了矿井提升机天轮数字孪生监测系统,该系统由物体实体层、孪生模型层、孪生数据层、应用层及各层之间的连接组成,其中孪生数据层中的预测数据是矿井提升机天轮运行过程中通过天轮结构性能预测模型实时预测的天轮结构性能数据,包括应力和应变数据。矿井提升机天轮结构性能预测模型采用组合代理模型构建:采用处理后的有限元数据训练得到径向基函数(RBF)单一代理模型,基于广义均方误差求得单一代理模型在组合代理模型中的权重,从而得到天轮结构性能预测模型。以立井五绳摩擦提升系统为试验对象,基于Unity3D平台,通过虚拟空间、数据传输及应用模块的构建,建立了矿井提升机天轮数字孪生监测系统,试验结果表明:在天轮运行过程中,4个测试点的测量应变和预测应变平均决定系数为0.97398,预测应变与测量应变具有较高的相关性,验证了设计的预测模型能够满足对天轮结构性能监测的需求。

无人机倾斜摄影技术在水电站结构监测与评估中的应用

本文提出一种基于无人机倾斜摄影技术的水电站结构监测与评估方法:利用无人机倾斜摄影技术对水电站结构进行高分辨率的三维建模,获取结构的几何信息和纹理信息;基于多尺度分析方法,对结构进行变形监测和病害识别;通过对监测数据的分析与处理,对水电站结构的安全性进行评估,并提出相应的维修和加固方案。实验结果表明,该技术在水电站结构监测与评估中具有良好的应用效果,减少了人工巡检的人力和时间成本。

基于Vine-Copula的多测点融合结构损伤监测方法及应用

如何通过测点收集的监测数据进行损伤监测是结构健康监测中的关键问题之一。文章在单测点位移预测模型的基础上,通过构建Vine-Copula模型,获取多维残差的联合概率分布,并将联合累积分布函数值作为预警指标,以此判断结构是否存在异常损伤情况。工程实例分析表明,对处于较早发展时期的裂缝,此方法能有效且较为准确地判断多个测点数据中反应出的细微的异常状况,进而识别坝体结构损伤。文章所提出的方法可应用于类似工程进行结构损伤监测。

钢网壳结构工程安装监测技术应用与应力分析

文章以南浔国际会展中心宴会厅钢网壳工程为例,阐述了钢网壳工程安装阶段结构健康监测的施工方案,并对监测应力数据进行分析。结果显示,根据项目实际情况进行科学布点监测,对于常规钢网壳施工具有良好的指导和预警效果;同时以底部-中部-顶部三区顺序分层设立支撑并安装的施工方案具有充分的安全性与可借鉴性。