智能结构损伤监测的多传感器技术研究

具有损伤自监测功能的智能结构是一个多传感器体系结构.多传感器体系的研究主要涉及到多传感器信号处理及多传感器系统集成等方面的内容.本文对智能结构损伤监测的多传感器信号处理的有关环节目前的研究现状进行了阐述,对智能结构损伤监测的多传感器系统集成技术进行了分析,并对其未来发展进行了展望.     

基于主动Lamb波的平板结构损伤监测研究

结构健康监测在土木、航空、大型管道、大型储物罐和起重机等结构中起到越来越重要的作用,监测的方法对损伤的定位起到关键的作用。根据各种结构的特性进行损伤定位,采用主动Lamb波探伤是健康监测中的一种高效快速的监测方法,本实验通过分析Lamb波的特性来研究Lamb波在平板结构损伤中的应用,并为平板检测系统的开发奠定技术基础,具有工程的利用价值。     

复合材料结构损伤识别与健康监测展望

复合材料构件是航空发动机、飞机机翼、机身和风力发电机等结构的重要组成部分,在包括航空、机械和土木工程等领域有极其重要的应用,然而受到其内部结构复杂性和制造缺陷的影响,复合材料的服役性能一直是制约结构安全性和经济性的一大瓶颈,因此针对复合材料结构的损伤识别和健康监测是领域内的研究热点及难点。笔者在论述了目前国内外技术发展和应用的基础上,系统地比较了复合材料结构损伤识别和健康监测的关键技术,讨论了该类技术的发展方向并进行了总结和展望。     

基于声发射技术的损伤诊断Agent研究

为解决实际大型结构的健康监测问题,首先针对大型铝板结构建立了多Agent系统,整个多Agent系统可实现压电传感器、光纤传感器、应变片传感器等不同传感器的选取和自组网络,自动实现声发射源监测、紧固件松动、应变分布监测等三种典型损伤监测。介绍了作为整个系统实现的基础工作之一的基于声发射技术的损伤诊断Agent的构造过程。通过具体试验,基于声发射技术,集成不同的时延判定方法,针对铝板、环氧板、碳纤维板进行了声发射源定位的诊断Agent研究。     

基于分形维数的复合材料结构损伤成像

提出了一种基于分形维数的损伤成像算法,对复合材料结构的健康状况进行在线的连续监测.利用盒计算维数法来计算传感器阵列所采集信号的分形维数,对比复合材料结构损伤前与损伤后信号分形维数的差异,提取损伤指标;然后基于一种改进的损伤存在概率成像算法,以直观的形式对复合材料结构中的损伤进行成像.对复合材料平板结构以及复合材料加筋板结构中的损伤监测进行了实验研究,研究结果不仅显示了所提出的算法能克服复合材料各向异性以及复杂结构中Lamb波的多次反射给损伤监测带来的困难,较为准确地识别2种结构中损伤的位置和大小,还验证了所提出算法在识别复合材料结构中的多个损伤时的可行性和有效性.     

基于时间反转理论的结构损伤图像表征方法

结构损伤的监测、定位和辨识技术是结构健康监测研究中的一个热点,也是当前研究的难点之一.针对结构损伤监测及表征方法研究的不足,分析了时间反转聚焦和四点圆弧定位法原理,在此基础上对四点圆弧定位实现方法进行了改进和扩展,提出了基于时间反转方法的结构损伤图像表征方法,采用Lamb波主动健康监测技术在铝板结构试件上进行了实验验证研究.实验结果表明该方法能较为简单有效的表征损伤特征和范围,有助于结构健康监测的实用化.     

基于压电超声相控阵方法的结构多损伤监测

基于超声相控阵的主动结构健康监测是飞行器结构健康监测领域一个新的发展方向,也是当前研究的难点之一,超声相控阵结构健康监测在国内还处于起步阶段。在已有应用超声相控阵技术对单损伤定位的基础上,进一步研究飞行器结构中多损伤的监测。通过控制信号的延时,进而控制波束指向,实现对结构的多方位、多损伤扫描。在铝板上进行了实验研究,通过对比不同角度延时前后的损伤散射信号及其合成信号,验证了超声相控阵对多损伤信号的延时叠加能够有效地提高多损伤信号的能量,同时减少非损伤处的能量,从而增强了信号的信噪比,并且对多损伤识别具有较高精度     

一种基于模型修改的结构多点损伤识别方法

可用于结构损伤识别的方法很多。一般来讲正向方法直接利用结构模态参数的变化，逆向方法则利用模态参数变化反演结构物理参数变化，还有些方法利用了神经网络和模式识别技术。文中利用模型修改的思想，通过逆向方法计算结构单元刚度变化系数来对结构的多点损伤进行识别。以一个七自由度弹簧阻尼质量系统作为研究对象，用数值模拟方法及特征系统实现算法计算系统的模态参数，并用这些模态参数验证所提出方法的可行性，结果表明该方法对多点损伤的识别是简单而可行的。     

一种基于宽带激励的虚拟时间反转方法

针对主动Lamb波监测中常见的低信噪比问题和传统时间反转方法降低监测信号空间分辨率的不足,提出一种采用宽带激励求取损伤散射路径传递函数的虚拟时间反转方法并应用于复杂结构的多损伤成像中.理论研究并经实验验证表明该方法不但能够有效实现Lamb波多损伤散射信号在相应损伤处聚焦增强,抑制了边界反射信号和噪声,提高了信噪比,而且与传统时间反转方法相比,提高了损伤聚焦波包的空间分辨率,增强了对于多个损伤的监测能力.最后的成像结果显示虚拟时间反转方法能够改善复杂板结构中两个近邻损伤的成像质量.     

无基准Lamb波时间反转损伤概率成像监测方法

根据损伤散射信息进行结构损伤特征参数提取与损伤监测,是Lamb波结构健康监测研究中的最为有效的方法之一,而目前常用的有基准差信号提取损伤散射信号技术在应用中存在实用性差的问题.采用Lamb波时间反转聚焦原理,结合损伤概率思想,提出了无基准损伤概率成像监测方法.利用信号时间反转处理对波源的自适应聚焦机理,消除Lamb波的频散效应;并根据单模式Lamb波响应信号的各波包在时反聚焦信号中的相对时刻,提取损伤散射信号的传播时间,以此计算出结构中各点出现的损伤概率,从而实现对损伤的成像、定位和监测.在金属铝板结构上的实验表明,该方法可在无需基准信号的情况下,较为清晰地分离出损伤散射信号和信息,得到结构各点的损伤概率图像,有助于结构健康监测的实用化.     

结构耐久性与经济寿命内损伤容限分析及软件

基于耐久性试验数据,给出结构在任意时刻裂纹(相对小裂纹)的概率分布形式,并对结构在经济寿命内进行损伤容限分析,确保结构在经济寿命内的安全性.裂纹的概率分布来源于耐久性试验数据,评估结果比较可靠,避免在经济寿命内进行损伤容限分析时采用假定的裂纹分布.该方法兼顾结构寿命与安全性一体化的要求,并编制相应的计算软件.分析结果表明,在损伤容限分析时即使临界裂纹尺寸大于经济修理极限,在经济寿命内结构仍然存在发生破坏的可能,因此,研究在经济寿命内裂纹的概率分布,并进行损伤容限分析是必要的.软件采用VB语言编写,操作简便,具有良好的应用价值和应用前景.     

Deep Learning Based Data Fusion for Sensor Fault Diagnosis and Tolerance in Autonomous Vehicles

Environmental perception is one of the key technologies to realize autonomous vehicles.Autonomous vehicles are often equipped with multiple sensors to form a multi-source environmental perception system.Those sensors are very sensitive to light or background conditions,which will introduce a variety of global and local fault signals that bring great safety risks to autonomous driving system during long-term running.In this paper,a real-time data fusion network with fault diagnosis and fault tolerance mechanism is designed.By introducing prior features to realize the lightweight network,the features of the input data can be extracted in real time.A new sensor reliability evaluation method is proposed by calculating the global and local confidence of sensors.Through the temporal and spatial correlation between sensor data,the sensor redundancy is utilized to diagnose the local and global confidence level of sensor data in real time,eliminate the fault data,and ensure the accuracy and reliability of data fusion.Experiments show that the network achieves state-of-the-art results in speed and accuracy,and can accurately detect the loca-tion of the target when some sensors are out of focus or out of order.The fusion framework proposed in this paper is proved to be effective for intelligent vehicles in terms of real-time performance and reliability.     

机械传动系统损伤监测的研究现状和展望

全面分析总结了国内外目前关于机械传动系统的损伤检测、缺陷识别和故障诊断研究的理论和方法，指出研究机械传动系统的疲劳断裂、可靠 性和稳定性是当今研究的热点内容。在此基础上提出了对系统的损伤和故障进行实时监测和诊断并建立全寿命安全保障体系是今后现代故障诊断和损伤检测理论发展和研究的方向。     

油套管接箍加工变形与圆度控制

接箍是油套管主要连接工件,为保证整个管柱的安全性和可靠性,对接箍特殊螺纹的圆度要求很高。在实际加工中,接箍内螺纹的圆度却很难控制,通过对油套管接箍内螺纹加工圆度误差及其原因进行分析,提出了采用圆弧接触的夹具夹持方法,可有效解决圆度超差问题。     

基于变步长多尺度 Lempel-Ziv 复杂度融合 指标的旋转设备损伤评估

损伤程度评估对于旋转设备的故障预测与维护至关重要。Lempel-Ziv复杂度已被广泛用于旋转设备的定量故障诊断。但是传统Lempel-Ziv复杂度指标只能在单一尺度提取故障信息,难以全面挖掘故障特征。为此,学者提出了多尺度Lempel-Ziv复杂度。然而,多尺度分析会缩减时间序列的长度,易于导致评估结果不准确。因此,提出了一种基于变步长多尺度Lempel-Ziv复杂度融合的旋转设备损伤程度评估指标。首先采用变步长策略优化粗粒化过程,更全面地挖掘故障信息;然后运用基于拉普拉斯得分加权的融合方法来评估每个尺度的重要性,将变步长多尺度复杂度序列转化为一个单一但全面的评价指标,即所提的变步长多尺度复杂度融合指标,用以全面挖掘振动信号的特征,实现对旋转设备的损伤评估。本文采用轴承单点缺陷数据、轴承全寿命数据和齿轮箱疲劳试验数据验证所提方法的有效性,并与其他复杂度指标进行比较分析,结果表明：所提指标可100%准确地对轴承故障严重程度及齿轮磨损程度进行评估,发现早期故障,实现旋转设备的定量诊断。     

Methodology to Estimate Remaining Service Life of Steel Structure by Possibilistic Reliability Theory

Steel structure system of crane deteriorates over time due to environmental effects,material fatigue,and overloading.System structural reliability and remaining service life assessment methods are developed during the few decades.But until now estimating remaining service life methods of crane steel system by reliability theory begin to develop.Safety assessment of existing steel structure system requires the development of a methodology that allows for an accurate evaluation of reliability and prediction of the remaining life.Steel structures are the supporting elements in the special equipment such as hoisting machinery.Structure reliability and remaining service life safe assessment are important for steel structures.For finding the reason which caused the failure modes(such as fatigue strength failure,stiffness failure and stability failure),incremental loading method based on possibilistic reliability is applied into dynamic structure failure path research.Through reliability analyzing and calculating for crane,it is demonstrated that fatigue damage is the most common failure mode.Fuzzy fatigue damage accumulation theory is used for basis theory and Paris-Eadogan equations are used for mathematical modeling.All fatigue parameter values of the welding box girder of bridge cranes are determined and fatigue remaining life formulas are deduced.After field test and collecting working parameters of numerous cranes,typical fatigue load spectrum was compiled for the dangerous point of box girders used in the area.Fatigue remaining life is assessed for different types and lifting capacities.Safety for steel structure system of bridge crane is assessed by two quantitative indexs:reliability and remaining life.Therefore,the evaluation means is more comprehensive and reasonable.The example shows that the two quantitative indexs are mutually correlated.Through analyzing the 120 t-22.5 m bridge crane of a certain enterprise,a new methodology to estimate remaining service life of steel structure by possibilistic reliability theory is introduced for safety evaluation of structure system.     

基于提升小波包和神经网络的结构损伤检测

提出一种提升小波包分解、多传感器特征融合和神经网络模式分类相结合的结构损伤诊断方法.首先,对多个传感器采集的振动响应信号进行提升格式小波包分解,定义标准化相对能量并计算每个频带上的相对能量;然后,把这些传感器信号的小波包相对能量融合作为神经网络分类器的输入特征向量,实现损伤的诊断和评价.数值仿真结果表明,提升小波包分解的频带能量分布能够较好地反映结构的损伤特征;特征融合能够使不同传感器的信息相互补充,减小了损伤检测信息的不确定性,使诊断信息具有较高的精度和可靠性.     

功能安全硬件FMECA仿真分析技术研究及实践

在对功能安全和可靠性要求比较高的系统中,比如航天航空和轨道交通系统以及工业安全仪表等领域,需要保证系统在故障发生时能够导向安全侧以保证安全,这就需要在系统设计阶段对存在的故障进行详尽的分析或测试。在进行故障分析的时候一般用的方法有FMECA和FTA等。本文主要针对轨道交通信号系统硬件FMECA分析方法,研究其应用技术标准条件和存在的不足,提出使用硬件电路建模仿真分析的方法,增强FMECA分析结果的可靠性。同时,根据相关安全技术标准增加分析的全面性,在项目中进行实践,证明可以有效提高系统的安全可靠性。     

在役安全仪表系统安全评价和整改方法浅析

安全仪表系统是石油化工行业防止重大事故和保护人身安全的重要保障。本文结合实际装置,通过绘制实际装置的故障树和划分功能块,分析在役安全仪表的可靠性和可用性等级,并在此基础上,提出了几种提高实际装置可靠性与可用性等级的措施来满足实际生产需求。     

紧固孔原始疲劳质量控制与制孔技术研究

对飞机结构耐久性和安全性有重要影响的紧固孔原始疲劳质量进行了分析,建立了制孔技术与紧固孔原始疲劳质量的内在联系。提出用满足９５％要求的当量初始裂纹尺寸ａｉ值来定量描述紧固孔原始疲劳质量。给出通过紧固孔原始疲劳质量评定和符合性检查来选择或验证制孔技术的方法。