基于贝叶斯正则化BP神经网络的铝平板超高速撞击损伤模式识别

损伤模式识别是空间碎片撞击航天器在轨感知技术中的一个重要功能模块,是目前研究的重点和难点。采用超高速撞击声发射技术,以铝合金平板为研究对象,通过大量超高速撞击实验获取实验信号,结合虚拟波阵面的精确源定位技术、时频分析技术及小波分解技术。从超高速撞击声发射信号中提取并优选与损伤模式直接相关的时频参数,建立了基于贝叶斯正则化BP神经网络的损伤模式识别方法,识别了铝合金板面受撞击形成的成坑/穿孔两种主要损伤模式。     

基于混沌-BP神经网络的真空泄漏声发射在线检测技术

随着空间科学技术的不断发展,人们进行的空间活动日益增多。与此同时,空间碎片的数量也随之急剧增多,这使得在轨航天器遭受空间碎片等动能颗粒撞击可能性不断增加,航天器发生密封结构泄漏的可能性越来越大。航天器泄漏不仅会造成航天活动的失败,更会威胁航天员的生命安全,因此,在轨航天器真空泄漏声发射在线检测技术研究具有十分重要的意义。本文以声发射技术为基础,利用精细平均功率谱分析法对不同泄漏孔径下产生的声发射信号特征进行提取分析,并与改进的混沌-BP神经网络模式识方法相结合实现对信号进行分类,从而实现泄漏检测以及漏孔大小评估。通过真空泄漏声发射检测实验验证,本方法最小可检0.4 mm直径的漏孔,满足在轨航天器微弱泄漏检测的需求。     

填充空心球/铝基复合材料结构的超高速撞击损伤特性研究

针对人类航天活动在空间中积累的大量空间碎片严重威胁在轨运行航天器安全,急需开发具有优良防护性能的新材料防护结构问题,初步研究填充空心球/铝基复合材料Whipple防护结构的撞击特性,获得相关撞击损伤数据,与填充实心铝板的Whipple防护结构进行对比,并评估空心球/铝基复合材料作为一种航天器防护材料的可行性。     

多层隔热材料对填充式结构高速撞击损伤影响的实验研究

在填充式结构中加入多层隔热材料(MLI),利用二级轻气炮发射铝球弹丸在真空环境下对其进行高速撞击实验,获得了MLI位于不同位置时的防护结构损伤模式,研究MLI对填充式结构高速撞击损伤与防护特性的影响。结果表明:当MLI位于首层薄铝板前侧时,薄铝板穿孔尺寸增大,首层薄铝板耗散弹丸撞击动能的能力增强,有助于填充式结构高速撞击防护性能提高;当MLI位于首层薄铝板后侧时,弹丸击穿薄铝板后次生碎片云团的膨胀扩散受到抑制,不利于填充式结构高速撞击防护性能提高;在相同撞击条件下,当MLI位于填充层前侧时,填充层中心穿孔尺寸增大,当MLI位于舱壁前侧时,舱壁弹坑分布范围减小。     

铝球弹丸高速撞击表面陶瓷化铝板防护结构实验研究

基于陶瓷化铝板设计了单层防护屏结构和双层防护屏结构,利用二级轻气炮对其进行高速撞击实验。用于模拟空间碎片的2017铝球弹丸直径分别为3.97 mm和6.35 mm,撞击速度为1.64~4.96 km/s。分析了铝板表面陶瓷层对防护结构高速撞击损伤及防护性能的影响。结果表明:防护屏表面的陶瓷层可使单层防护屏结构抵御更大速度范围的粒子撞击;以表面陶瓷化铝板为首层防护屏的铝网填充式防护结构有助于撞击粒子的首次破碎以及次生碎片的撞击动能吸收。     

航天器在轨无损检测技术研究

航天器尤其是空间站在轨运行期间,碎片撞击以及应力集中区的疲劳损伤会对其结构产生较为严重的破坏作用,对航天器进行在轨诊断和评估是NASA的常规手段。从分析空间环境对常规无损检测方法的影响入手,结合空间应用的特殊要求,建立了基于MR的脉冲涡流无损检测系统,实现了非扫描无损检测技术,解决了传统电涡流无损检测技术的缺陷检测深度和缺陷检测分辨率无法兼顾的矛盾,给出了描述导电材料损伤的物理量及其量值的获取方法,试验结果表明此方法应用于航天器在轨无损检测是可行的。     

基于声发射信号EMD-WPD特征融合的航天器在轨泄漏辨识方法

长期运行在空间环境中的航天器可能由于撞击、振动、老化等因素而发生气体泄漏,在轨泄漏辨识对航天器安全保障具有重要意义.提出了一种基于声发射信号经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)特征融合的航天器泄漏...     

不同环境温度下铝球高速撞击纤维布/铝板组合防护结构试验研究EI北大核心CSCD

利用二级轻气炮发射铝球弹丸,在不同环境温度下高速撞击经过高低温交变和电子辐照作用的纤维布/铝板组合防护结构,研究环境温度、高低温交变与电子辐照对防护结构高速撞击损伤与防护特性的影响。用于模拟空间碎片的铝球弹丸直径为3.97 mm,撞击速度为1.4~3.53 km/s,撞击角度为0°,环境温度分别为-100℃、20℃和200℃。结果表明,高温环境、高低温交变与电子辐照可导致纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能下降;低温环境可使纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能提高;高温环境和高低温交变对纤维布/铝板组合防护结构的高速撞击防护性能的影响更加显著。     

碎片云撞击声发射信号能量特征小波包分析

利用小波包分析技术对碎片云撞击载荷作用下铝合金板声发射信号的能量分布特征进行了研究。首先,介绍了碎片云撞击信号的获取方案及撞击引起的损伤情况;其次,对获取的声发射信号进行小波包分析,得到了信号在频率带上能量分布特征图。最后,讨论了碎片云撞击损伤特征与声发射信号能量分布的关系。分析结果发现,对于相同质量的弹丸,随着其破碎程度的提高,形成的碎片云对后板的损伤程度减少;弹丸具有的初始速度越大,弹丸破碎越完全,碎片云撞击声发射信号中的能量越小;当弹丸破碎程度低时,碎片云撞击引起的声发射信号能量集中在约488kHz以下;弹丸破碎程度越高,信号中488kHz以上的能量所占总能量的比例越大。     

铝球弹丸超高速正撞击薄铝板穿孔尺寸研究

利用2017-T4铝球弹丸高速正撞击不同厚度的2A12铝合金板,模拟空间碎片对航天器防护屏的高速撞击作用,分析铝合金板撞击穿孔尺寸特征。铝球弹丸直径为3.18mm~6.35mm,弹丸直径与铝板厚度之比dp/t为1.00~9.96,撞击速度为1.50km/s~6.98km/s,得到了铝球弹丸高速正撞击铝板的穿孔经验公式。实验结果表明:薄铝板高速撞击穿孔直径扩张率与弹丸直径、铝合金板厚度及撞击速度有关。当弹丸直径与铝合金板厚度之比dp/t一定时,薄铝板撞击穿孔直径扩张率随着撞击速度的增大而增大;当撞击速度一定时,薄铝板撞击穿孔直径扩张率与dp/t呈非线性关系,且随着dp/t的增加,对薄铝板撞击穿孔直径扩张率的影响减弱。