基于支持向量机的飞行器健康诊断方法

为解决飞行器关键结构部件裂纹损伤的有效监测,及时发现潜在的安全隐患,避免灾难性事故的发生,采用先进的声发射技术对某军用飞行器真实关键结构部件的健康状态进行监测.使用小波包分析方法对所募集的飞行器结构部件声发射信息进行分解,提取能反映结构裂纹损伤信息的范数特征向量,作为支持向量机健康状态监测器的输入,对其进行训练和健康诊断研究.提出了一种由声发射信息范数特征向量与支持向量机相结合对飞行器结构裂纹损伤进行有效识别的新方法.在某军用飞行器真实结构部件的裂纹损伤试验中,运用该方法对其健康状态进行监测研究表明,该方法可准确诊断其裂纹损伤,为飞行器结构部件健康状态的有效监测提供了新途径.     

基于分布式光纤传感的隔热层脱粘识别研究

基于分布式光纤传感技术提出了应用高密度应变信息识别胶接结构中的脱粘缺陷,且以隔热泡沫胶接铝合金结构作为研究对象,开展了脱粘缺陷识别方法的研究。该文利用布设在金属悬臂梁结构的光纤传感器网络及考虑光纤和隔热泡沫相对位置、应变水平及隔热泡沫脱粘面积等影响因素,对脱粘缺陷的识别效果进行了研究;利用隔热泡沫胶接铝合金悬臂板弯曲试验对结论进行了验证。研究结果表明,埋设于胶接层的分布式光纤传感器对脱粘缺陷较敏感,脱粘前后所采集的高密度应变信息有明显的差异,且应变差值曲线在脱粘部位边界存在明显的振荡现象。因此,利用埋设于胶接结构胶接层的分布式光纤传感器网络能够有效识别布设路径上的脱粘缺陷。     

基于光纤光栅的T形节点结构损伤识别

T形加强筋是船体主要强度件,介绍了T形节点结构在船体结构稳定性上的关键作用;分析了光纤光栅传感器的独特优点,推导了光纤光栅应变传感原理;根据T形节点结构特点,搭建了一套基于光纤光栅应变传感网络的结构损伤识别系统;构建了T形节点结构的两种不同损伤状态,运用不同载荷作用下结构应变值变化趋势直接判断了损伤存在性和损伤位置;对传感网络的应变值进行归一化处理,结合支持向量机算法识别了T形节点结构的损伤程度,其最大识别偏差为3.43%;实验结果表明光纤光栅传感网络在大型复杂结构健康监测中具有广泛的应用前景。     

基于LS-SVMs机翼盒段壁板损伤辨识研究

针对大型的碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,研究采用光纤布喇格光栅测量结构应变场分布,提出采用最小二乘支持向量机(LS-SVMs)建立应变场-损伤非线性黑箱模型辨识结构损伤法,对典型的飞机碳纤维复合材料盒段壁板结构进行健康监测研究.针对大尺寸带有加强桁条和螺钉通孔的复杂结构盒段壁板试件,建立了7个点的布喇格光栅应变测量网络测量试件有代表性区域的应变场.通过施加280个不同的点载荷模拟损伤,建立应变场与损伤的非线性映射关系黑箱模型;采用LS-SVMs的黑箱模型辨识法对应变场进行有效辨识,准确地判别出280种结构损伤的位置和程度.     

基于剪切散斑干涉的薄壁金属粘接质量评估

薄壁金属粘接结构是国防工业中常见的结构类型,其界面粘接质量无损评价一直是国内外研究的热点和重点。本文基于数字剪切散斑干涉技术,利用四步相移法构建了剪切散斑干涉测量系统,详细分析了铝蒙皮粘接铝合金平板试件上不同粘接质量区域在负压载荷下的剪切散斑干涉条纹和离面位移场。实验结果发现粘接质量高低可通过剪切散斑干涉条纹图疏密程度表征。干涉条纹随着粘接质量增强逐渐稀疏,在局部弱粘情况下会出现类似脱粘状态的条纹分布。此外,本文利用Cohesive单元模拟胶粘层,计算分析了铝蒙皮粘接试件有限元模型在负压加载下离面位移场。数值结果与光测实验结果相吻合,验证了利用剪切散斑干涉技术评价薄壁金属界面粘接质量的可行性。     

基于植入式光纤传感网络的固体火箭发动机结构健康监测

为实现对固体火箭发动机结构健康状态的实时监测和评估,设计并研制了一种高强度飞秒光栅传感网络,重点研究了传感器与信号传输链路的涂覆和封装。开展了发动机界面脱粘模拟实验。设计可用于发动机应变、温度和载荷的模拟演示系统,建立了基于光纤传感器采集数据的发动机数字孪生模型,形成发动机实物与数字孪生体的精准映射。最后将光纤传感器阵列植入发动机,对发动机开展水压监测实验、高低温存储实验、长周期监测实验和点火实验。对监测结果进行无损检测验证,结果表明该传感网络能够准确测量出发动机的应变状态,为固体火箭发动机的结构健康管理提供有效的数据支撑。     

“钢-铅”粘接结构非接触激光超声检测方法

为了解决核工业领域防辐射用钢铅粘接结构的非接触、高精度无损检测问题,研究激光超声检测方法。建立了粘接结构模型,分析了激光超声的传播及脱粘导致的声波反射和衰减;实验测量了良好粘接与脱粘处的窄带激光超声信号,观测到脱粘导致的界面反射信号幅度变化;分析得出表征脱粘的激光超声反射系数与声波频率和测量位置的关系;通过激光超声C扫描方法实现模拟脱粘试样的检测与成像。研究表明:激光超声方法可以实现两层钢铅粘接结构脱粘的成像检测,在核工业防辐射结构检测中具有应用前景。     

锁相红外热波法在碳纤维夹层结构中的应用

碳纤维网格面板蜂窝夹层结构具有质量轻、比强度高、比刚度大等优点,在航天产品上得到了广泛的应用。由于碳纤维网格面板蜂窝夹层结构的特殊性,传统无损检测手段对其粘接质量检测效果不理想。本文采用锁相红外热波法对其粘接质量进行检测,模拟了3种类型的缺陷:网格面板碳纤维之间的脱粘、网格面板与蜂窝之间的脱粘、聚酰亚胺薄膜与网格面板之间的脱粘,并进行了检测。试验结果表明锁相红外热波法对上述3种类型的缺陷取得了良好的检测效果。     

疲劳裂纹扩展的实时健康监测

结构中微裂纹的产生和扩展是影响结构安全及其寿命的重要因素,在裂纹产生初期就将其监测出来对于提高结构安全性来说至关重要。目前研究这一领域的学者很多,但大多都集中在孔洞等较大尺寸损伤的在线监测阶段。该文研究了真实疲劳裂纹扩展的实时在线监测方法。采用主动Lamb波监测技术及机电阻抗技术对铝试件的真实疲劳裂纹扩展情况进行了监测和分析,给出了裂纹扩展程度与信号损伤参数间的关系曲线,并对两种监测方法进行了对比,对实验结果进行了讨论。     

基于红外无损检测的非金属材料粘贴缺陷识别

非金属材料粘贴结构的脱粘现象可影响其性能,使用红外无损检测技术可对粘贴缺陷进行有效的识别。首先研究了基于红外无损检测技术的粘贴缺陷边界特征,确定了使用温度梯度极值判断粘贴缺陷边界位置的定量分析方法;结合该特征,采用了Canny边缘检测算法对数值模拟的粘贴缺陷模型进行缺陷边界识别。同时使用该算法对实验数据进行识别,针对识别结果出现的边界模糊、噪点多等问题,提出了筛选出所有“疑似边界”以保留“弱边界”的改进算法。结果表明,改进后的Canny算法能够提高红外无损检测粘贴缺陷的完整性和准确性。     

遥感卫星结构在轨热应变光纤光栅监测方法

遥感卫星结构在轨服役期间易受空间极端温度变化与微重力环境影响容易产生热应变,严重影响探测精度,而现有方法难以实现热应变在轨监测。针对这一问题,提出具有温度解耦功能的热应变光纤光栅监测方法。采用数值模拟方法开展结构热应变计算分析,得到结构整体和局部热加载下温度场和应变场分布特征及变化规律。设计构建热应变光纤监测试验系统,对卫星天线结构模拟试件进行热加载光纤测量试验,测试分析热应变光纤监测精度,验证了方法的有效性。研究结果表明,在?120~120 ℃温度变化范围,利用光纤布拉格光栅传感器和温度解耦方法监测温度和热应变的相对误差分别为1.02%和2.45%;在30~100 ℃局部热加载作用下,结构温度场和应变场的重构误差分别为3.24%和6.61%。该方法在卫星结构在轨监测领域中具有良好的应用价值与前景。     

基于Lamb波和典型相关分析的复合材料结构损伤监测

为了监测复合材料尾翼结构在受载条件下的健康状况变化,该文提出了一种基于超声导波和典型相关分析的结构健康监测方法。首先,将代表结构健康状况的基准信号和损伤信号之间的相关系数定义为损伤指数,通过典型结构试验确定损伤指数阈值。然后,在载荷施加的过程中以损伤指数超过该阈值的信号路径数量作为衡量结构健康状态的结构损伤指标,通过监测该指标的变化掌握结构的健康状况。在全尺寸复合材料尾翼损伤演化监测实验中,验证了该方法对于复合材料飞行器结构损伤扩展监测的有效性。研究结果表明,结构损伤指标的变化可以反应结构健康状况的变化趋势,在役结构健康监测方法可以实现对复合材料尾翼结构的实时监测。     

FBG传感器关于裂缝及损伤的监测应用研究

为了满足结构健康监测的需求,采用试验方法研究了准分布式光纤布喇格光栅（FBG）传感器在裂缝监测和损伤定位中的应用。以钢筋混凝土简支梁和工字型钢梁为试验对象,对梁关键部位划分单元进行多点监测,取得了其应变变化的数据,并进行了分析以实现裂缝监测和损伤定位。结果表明,准分布式FBG传感器能够较为准确地对裂缝的发生及所测区域的损伤情况实现定位。     

自动楔焊键合第一键合点跟部损伤控制

在自动楔焊键合中,要提高键合引线的抗拉强度,最重要的一点就是要减小第一键合点跟部的损伤。文章简述了自动楔焊键合的工艺过程,分析了在自动楔焊过程中造成第一键合点跟部损伤的主要原因：劈刀本身结构会对键合引线造成一定的摩擦损伤,劈刀在键合第一点后垂直上升所产生的应力会对第一键合点根部造成损伤,键合引线在拉弧过程中也会造成键合引线摩擦受损,送线系统的张力也会对第一键合点根部造成一定的损伤。文中还讨论了如何尽量减小摩擦和应力对第一键合点跟部所造成的损伤。     

基于阵列热风激励的航发叶片近表面缺陷红外检测方法

航空发动机叶片的三维曲面结构、复杂的材料特性和特殊的冷却通道等,给叶片近表面缺陷的检测带来了困难。针对热激励源加热不均导致检测的红外热图效果差、缺陷识别率低的问题,提出了一种阵列热风激励的主动红外检测方法,改进并搭建一套可调阵列热风红外无损检测实验平台。通过设计阵列热风激励与局部热风激励的对比实验,并采用Canny算子进行缺陷边缘识别,证明了阵列热风激励主动红外检测方法的优势。通过实验分析不同材料下含裂纹试件的温度变化规律。实验结果表明:随热扩散系数增大,温升出现越早,表面最大温度呈下降趋势。通过利用检测实验平台对航空发动机叶片进行检测,揭示了导热性和隔热性缺陷的温度分布规律;其中导热性、隔热性和两者混合类型的缺陷检出率分别达到86.7%、93.3%、90%,也表明阵列热风激励红外检测方法能有效检测出航发叶片中的裂纹缺陷。     

功率MOSFET无铅化封装中铝线引脚跟断裂研究

用实验和有限元的分析方法研究0．05mm～0．125mm铝线的引脚跟断裂问题。结果显示由于引线键合工艺、注塑工艺以及回流焊中封装体各部分不同的热膨胀系数引起的热应力和塑性变形是产生引脚跟断裂的主要因素。模拟不同的回流焊温度曲线(220℃、240℃、260℃)对铝线的影响,发现在铝线引脚跟处应力和应变最大,而且随着温度的上升,铝线引脚跟处的塑性变形会提高20％,这对铝线的疲劳损伤是很严重的。     

Thermally Responsive Fibers for Versatile Thermoactivated Protective Fabrics

Smart textiles with good mechanical adaptability play an important role in personal protection, health monitoring, and aerospace applications. However, most of the reported thermally responsive polymers has long response time and poor processability, comfort, and wearability. Skin-core structures of thermally responsive fibers with multiple commercial fiber cores and temperature-responsive hydrogel skins are designed and fabricated, which exhibit rapid mechanical adaptability, good thermohardening, and thermal insulation. This universal method enables tight bonding between various commercial fiber cores and hydrogel skins via specific covalently anchored networks. At room temperature, prepared fibers show softness, flexibility, and skin compatibility similar to those of ordinary fibers. As temperature rises, smart fibers become hard, rigid, and self-supporting. The modulus of hydrogel skin increases from 304% to 30883%, showing good mechanoadaptability and impact resistance owing to the synergy between hydrophobic interactions and ionic bonding. Moreover, this synergistic effect leads to an increase in heat absorption, and fibers exhibit good thermal insulation, which reduces the contact temperature of the body surface by ≈25 °C under the external temperature of 95 °C, effectively preventing thermal burns. Notably, the active mechanoadaptability of these smart fibers using conductive fibers as cores is demonstrated. This study provides feasibility for fabricating environmentally adaptive intelligent textiles.     

涂层疲劳寿命预测中的红外热像技术应用现状

红外热像技术是一种重要的无损检测技术,与传统的无损检测技术相比优势明显。本文从热喷涂层接触疲劳失效形式出发,综述了传统无损检测技术在涂层疲劳寿命预测研究中的应用现状,以及红外热像技术在涂层服役状态、厚度、缺陷检测等领域的应用实例。同时,综述了融合红外热像技术的信息融合技术在复合材料疲劳极限确定、材料结构健康诊断、裂纹监测等领域中的应用现状。指出了这种技术存在的问题及面临的困难,并对信息融合技术在热喷涂层接触疲劳寿命预测中的应用与研究进行了展望。