复杂分布动载荷识别技术研究

复杂结构的分布动载荷识别技术是动载荷识别技术的难点之一。本文推导了基于广义正交多项式特征技术动载荷识别模型，解决了在一定精度范围内通过有限测量点的振动信息识别具有无限未知量的分布动载荷关键技术，通过动态标定技术的研究和复杂结构有限元模型数值仿真计算，验证了方法的正确性、有效性和工程可用性，适用于具有确定性分布的稳态振动载荷识别．为分布动载荷识别技术的发展打下一定的基础。     

二维分布动载荷识别的频域方法

运用频域法在广义正交域中识别二维分布动载荷。基于数学拟合理论，二维动态载荷在广义正交域中可分解为二维正交函数的级数形式，未知的二维分布动载荷就可以表示为各阶正交基函数线性叠加，这时未知的复杂分布动载荷的识别就可以转化为简单的正交拟合系数的识别。根据线性系统的叠加原理，将待识别载荷的分解基函数看成已知分布动载荷作用于结构时，结构的响应与待识别载荷作用下结构的响应成线性关系。只要结构实测的响应点数大于待识别的系数，就能求出各系数，因而就可以识别分布动载荷。通过计算机仿真验证该方法能有效识别二维分布动载荷，且能与有限元方法结合，识别复杂结构上的分布动载荷。该方法具有很好的通用性，能简单方便运用于工程结构，能很好地抑制噪声的干扰。仿真试验说明该方法具有很好的识别精度。进一步的试验验证了该方法工程适用性。     

直升机旋翼轴载荷测量试飞研究

为实测及研究飞行状态下的直升机旋翼轴弯矩、扭矩及拉力,提出一种旋翼轴飞行载荷测量方法.首先对旋翼轴应变电桥的布局进行分析,解决弯矩、扭矩及拉力应变电桥耦合的问题;然后通过载荷地面标定试验及飞行试验,动态同步实测不同飞行状态下的旋翼轴载荷,并对飞行数据的有效性进行验证;最后根据实测的试飞数据,对旋翼轴受载严重的试飞科目平...     

具有连续分布梁模型动载荷的识别技术研究

用正交多项式拟合的方法对连续系统的分布动态载荷进行识别的技术,为用有限的测量信息进行连续系统分布载荷的识别提供了可行的方法。该方法只须获取足够的测量点的响应来识别分布载荷正交多项式的系数,满足识别的精度要求,同时对测量点的位置无特殊限制。实际工程中进行载荷识别时,很多结构只能测量到部分位置的响应,这时该方法能很好地解决这类问题。该方法对测量数据噪声的灵敏度较小,具有很好的抗干扰能力。通过计算机仿真,证明了该方法理论的正确性和工程应用的可行性。     

基于拓扑优化的直升机旋翼桨叶剖面设计

提出了一种基于拓扑优化的直升机旋翼桨叶剖面设计方法。采用了有限元方法计算直升机旋翼桨叶剖面刚度特性, 截面考虑了剪切和翘曲变形, 并消除了翘曲位移和刚体位移之间的耦合作用。基于SIMP拓扑优化算法, 以旋翼桨叶平均柔度或者剖面刚度为设计目标, 桨叶重量为约束函数, 建立了旋翼桨叶拓扑优化模型。提出的敏度求解算法具有较高的计算精度, 采用序列线性规划算法对旋翼桨叶剖面进行优化设计。结果表明在展长较小并且承受均布升力载荷情况下, Ⅱ型截面梁的柔度最小, 而当展长增大时, 工字梁截面具有最小的柔度。此外, 旋翼桨叶外载荷等对优化结果也有较大的影响。提出的拓扑优化方法适合于概念设计阶段的直升机旋翼桨叶剖面设计。     

基于光纤光栅传感的螺纹钻杆复合载荷多节点检测技术

引入光纤光栅应变传感器和温度传感器,结合螺纹钻杆复合载荷（轴向压力、弯矩和扭矩）分离理论,实现对钻进过程中螺纹钻杆多节点处复合载荷自动分离与在线检测,同时对钻进过程中出现的温升进行了补偿。将检测结果与电机施加的载荷（压力和扭矩）进行对比分析,认为螺纹钻杆前端（靠近钻头一侧）受到被钻物侧向挤压和摩擦阻力较大,使得电机施加的压力和扭矩传递损耗较多,导致易磨损、变形;而螺纹钻杆中段和末端只是短暂甚至未进入被钻物,传递损耗相对较少,受弯矩的影响较大。该检测技术为钻杆材料的选择、结构优化和钻进参数的选定提供技术支撑。     

直升机旋翼桨叶鸟撞动态响应计算

基于旋翼综合气弹分析程序,求解出直升机旋翼桨叶在飞行过程中的稳态响应。以此作为鸟体撞击桨叶的初始状态,采用非线性流-固耦合算法,建立了直升机旋翼桨叶鸟撞动力学方程,利用直接数值积分方法求解桨叶的动态响应。并讨论了鸟体速度、质量、撞击位置、桨叶根部约束和离心力等参数对桨叶动态响应的影响,从而为直升机桨叶抗鸟撞设计提供一些理论依据。     

基于FBG传感器和卷积神经网络的复合材料结构载荷识别研究

复合材料因其优异的性能被广泛应用于飞行器结构(如飞机机翼)中,对作用在复合材料上的载荷进行识别为飞行器的结构设计和可靠性分析提供了重要的保证,在结构的工程应用中具有很高的价值。本工作研究了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器和卷积神经网络(CNN)的多点复杂载荷识别方法。在复合材料悬臂梁上布设FBG传感器,利用FBG实际测量得到的应变数据,首先通过支持向量机(SVM)算法对施加载荷的个数进行识别。进一步根据测点排列顺序,再将应变数据转化成矩形图片,经过归一化处理后输入CNN中,实现同时施加多个载荷时载荷的定位和定量,并与反向传播神经网络(BPNN)和梯度提升决策树(GBDT)的预测结果对比。SVM模型识别准确率为99.584%,CNN模型对两点载荷施加位置预测的平均绝对误差(MAE)分别为0.637 9 mm和0.576 2 mm。结果表明,基于SVM和CNN的多点载荷识别方法是一种有效的方法,可以稳定、准确地识别载荷个数、载荷施加的位置和大小,为飞行器飞行载荷测量提供新的解决方案。     

采用分离变量法的载荷位置识别技术研究

基于分离变量法提出了一种新的识别动载荷位置及时间历程的方法,以提高载荷定位的效率.根据结构系统参数建立响应与外部载荷之间的卷积关系式并离散化;采用分离变量法将载荷位置信息从脉冲响应函数矩阵中提取出来,根据响应信息选取合适的模态;利用正则化技术对载荷识别过程中的不适定问题进行求解;结合简支梁的仿真计算和实验测试对该载荷定...     

分布动载荷频域识别的试验动标定方法研究

分布动载荷识别是工程中最为复杂也亟需解决的结构动力学逆问题,通常可以转化为正交多项式系数的识别,从而衍生出了动标定技术。传统的仿真动标定方法是基于有限元仿真模型来实现的,然而仿真动标定方法存在模型误差,导致载荷识别精度不高。因此本文基于 Legendre 正交多项式和 Gauss?Legendre 积分提出了分布动载荷频域识别的试验动标定方法。该方法的关键是通过测量有限的高斯点和响应点间的频响函数来完成分布载荷识别过程中的动标定,克服了传统标定在试验时无法加载正交多项式载荷计算标定矩阵的局限性,同时避免了模型误差对标定矩阵精度的影响,大大提高了载荷识别的精度。为了验证该方法的有效性和精度,将本文所提出的试验动标定方法与现阶段已有的仿真动标定进行了对比分析,并讨论了不同高斯点数对识别精度的影响及抗噪性能;此外,还通过相应的试验进一步验证了该方法的可行性与工程适用性。     

叶片叶尖间隙测量的光纤传感器

根据叶尖间隙测量的要求,设计了一种新型的光纤传感器。它采用了单光纤传光、多组光纤束接收散射光的结构。发射光纤位于中心,周围均布多组接收光纤。通过各组接收光纤光强的比值运算,消除了叶尖表面反射率变化对测量结果的影响,也可减小叶尖表面与传感器端面夹角给测量结果带来的影响。在转速同步传感器的配合下,该传感器可以实时测量所有叶片的叶尖间隙。当叶片转速在0—12000r／min之间变化时,叶尖间隙的测量范围为0-3mm,测量精度为25μm。     

Battle damage repair of a helicopter composite main rotor blade

The ability to repair battle damage is an important capability for helicopter structures, as they are vulnerable to ballistic impact damage from small arms fire and therefore more likely than fixed wing aircraft to suffer damage in a combat environment. This paper outlines computational investigations to aid the development of a battle damage repair capability for a helicopter composite main rotor blade. The effectiveness of the proposed repair concept was assessed using a finite element analysis that involved a relative comparison of three models, namely the pristine, damaged and repaired models.     

Damage tolerance approach for analyzing a helicopter main rotor blade

In this article, damage tolerance approach is used for life estimation of the main rotor blade of a helicopter under random loading. At first, fatigue crack growth properties and threshold stress intensity range of the spar is obtained based on ASTM E647 test method. Then, crack growth analysis is done using Zencrack software. In order to calculate the length of the smallest growing cracks and their fatigue crack growth life, no crack growth and slow crack growth approaches were used. A comprehensive investigation was carried out on the effect of initial crack length on growth or no growth of cracks.     

Response surface approach to aerodynamic optimization design of helicopter rotor blade

This paper describes a hovering rotor blade design through the suitable combination of flow analysis and optimization technique. It includes a parametric study concerned with the influence of design variables and different design conditions such as objective functions and constraints on the rotor performance. Navier–Stokes analysis is employed to compute the hovering rotor performance in subsonic and transonic operating conditions. Response surface method based on D‐optimal 3‐level factorial design and genetic algorithm are applied to obtain the optimum solution of a defined objective function including the penalty terms of constraints. The designs of the rotor airfoil geometry and the rotor tip shape are performed in subsonic and transonic conditions, and it is observed that the new rotor blades optimized by various objective functions and constraints have better aerodynamic characteristics than the baseline rotor blade. The influence of design variables and their mutual interactions on the rotor performance is also examined through the optimization process. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

压电纤维复合材料桨叶的动力学建模

建立了压电纤维复合材料桨叶的非线性动力学模型。在此基础上,研究了压电纤维铺层对复合材料桨叶固有频率和桨叶扭转运动阻尼特性的影响。计算结果表明：桨叶扭转角变化量随着压电纤维施加电压的增加而增大;当电压为1000 V时,桨尖扭转角变化量大约为2°。压电纤维铺层对桨叶固有频率几乎没有影响,其存在不会改变原设计复合材料桨叶的频率分布。当压电纤维铺设方向与桨叶展向成45°时,其对桨叶扭转方向的阻尼特性有着很大的影响;采用适当的电压控制,可以明显增加扭转方向的阻尼。     

分布式光纤传感技术应变测量试验研究

基于布里渊散射原理的布里渊光时域反射技术利用布里渊散射光的光谱技术和光时域测量技术,可对光纤沿线的温度、应变进行分布式监测。通过试验研究了分布式光纤传感技术在应变测量中的空间分辨率、应变分辨率、应变测量精度。研究结果表明,分布式光纤传感技术应变测量能够较准确地测得被测量结构上任何一点的应变,空间最小分辨率0.1m,应变测量分辨率和精度满足工程监测要求,可以在工程监测中作为一种新型分布式应变监测技术加以推广。     

A multi-purpose reflective fiber optic sensor

Fiber optic sensors, including reflective ones, have widespread applications in sensing technology. In this study, we first formulated the gain of a general reflective fiber optic sensor in terms of five major sensor parameters, and for two patterns of input intensity: namely uniform and Gaussian. By using these formulae, we have analyzed and plotted the variations of gain versus one or two of these parameters. The results obtained have exact compatibility for the two patterns of input intensity, although they have been obtained by different methods. The results can be suitably used in the optimum design of a wide variety of reflective fiber optic sensors.     

An intrinsic fiber optic temperature sensor

This paper deals with a new fiber optic temperature sensor. The relationship between temperature and refractive index of a “reference” liquid is used to obtain a sensing fiber output that follows temperature changes of an external fluid with very low response time. The fiber optic sensing element and the low-cost measurement hardware are described in the paper together with the first experimental results