基于光纤光栅传感器的复合材料损伤识别系统

利用光纤布拉格光栅(FBG)构建了传感器网络;结合小波分解与重构算法、频谱分析和支持向量多分类机算法研究了碳纤维复合材料板损伤的模式识别算法。首先,对带有不同损伤模式的复合材料结构进行冲击试验,探索损伤模式与信号特征之间的关系。然后,对信号进行小波分解与重构去除基线干扰;采用傅里叶变换频谱分析提取信号幅频特性,构建了复合材料结构损伤模式识别方法。最后,将提取的信号幅频特性作输入,复合材料结构损伤模式作输出,利用支持向量多分类机,实现了复合材料结构损伤模式识别。在500mm×500mm×2mm的碳纤维复合材料板中心,选定200mm×200mm的实验区域,对30组测试样本进行了损伤模式识别。实验结果表明:29组损伤模式得到了准确识别,正确率为96.7%。研究结果为碳纤维复合材料板的损伤模式识别提供了一种可靠的方法。     

基于光纤光栅和支持向量机的声发射定位系统

利用光纤光栅传感器和边缘滤波原理构建传感系统,结合小波分解与重构和支持向量机算法,对铝合金板声发射定位进行了研究。根据划分区域进行声发射实验,探索声发射源所在区域与信号特征之间的关系。在对声发射信号进行小波分解的基础上,使用近似系数和细节系数进行重构,并对重构后的各信号计算其振荡能量作为信号特征,进行声发射区域识别。以重构信号的振荡能量作为输入、声发射区域位置类别作为输出构建支持向量机多分类模型,实现了声发射区域定位识别。实验结果表明,在400mm×400mm×2mm的铝合金板上对36个测试样本进行了多次声发射区域定位识别,在180次模拟实验中实现了176次声发射区域准确定位,正确率达到97.78%,声发射区域识别精度为30mm×30mm。该研究结果为机械结构的声发射区域定位检测提供了有效方法。     

基于Lamb波的铝合金板孔洞损伤智能监测仿真研究

为了在孔洞损伤影响飞机飞行安全前尽早对铝合金板损伤进行识别,建立基于Lamb波技术智能监测铝合金板孔洞损伤的ABAQUS有限元仿真模型。通过压电元件在铝合金板结构中激励出Lamb波信号,对比不受损伤和孔洞损伤时铝合金板结构的位移信号,通过两者位移响应信号的差别,判断铝合金板是否存在损伤。     

运用统计小波的光纤光栅结构健康监测技术

针对振动型结构健康监测方法的特点,搭建了基于非平衡M-Z干涉仪和相位载波解调技术的光纤光栅损伤识别系统。运用小波包分解振动信号,建立了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标;介绍了统计过程控制原理,推导了使用均值-极差控制图分析损伤识别指标,识别结构连续损伤的过程。实验测试了铝制简支梁结构处于健康状态和3种损伤状态下的各40次振动信号。信号时域图显示各状态振动信号持续时间均约为0.05ms,幅值基本相同。依据结构健康状态下的统计过程控制限(12.85,41.35)进行了均值-极差控制图损伤识别分析,结果表明,搭建的损伤识别系统能连续地对结构进行健康监测。     

6063铝合金在冲击载荷下的尺寸效应及数值模拟

采用霍普金森压杆(SHPB)在不同冲击压力下对不同尺寸的6063铝合金圆柱试样进行压缩实验。结果表明：在相同压力冲击下,材料的应变率随着试样高径比和横截面的增大而减小。不同尺寸试样在相同的应变率下得到的应力-应变曲线基本吻合。尺寸(直径×高度)为φ8mm×4mm与φ8mm×5mm的试样能获得较广的应变率响应范围。采用ABAQUS有限元软件对铝合金的SHPB动态冲击实验进行了数值模拟,通过二波法计算得到的应力-应变曲线与拟合结果及实验结果吻合较好。     

复合材料层板OFDR分布式光纤冲击判位方法研究

基于复合材料的航空航天器结构在服役过程中受到外界物体冲击易造成损伤,常规光纤Bragg光栅冲击监测模式需要借助大量试验建立冲击响应样本库,不仅工作量大,还会影响被测结构力学性能,甚至造成预先损伤。为此,提出了一种基于应变幅值非线性加权原理的复合材料层板结构分布式光纤冲击位置辨识方法,通过提取结构应变响应幅值作为特征量,结合无需先验样本的非线性加权原理实现冲击载荷位置辨识。借助有限元数值仿真,模拟得到冲击载荷作用下复合材料层板结构应变响应与分布特征,并根据仿真结果对该辨识方法加以验证。构建了基于高空间分辨率分布式光纤传感器的冲击监测系统,平均定位误差约为8.44 mm。研究表明,所提方法具有便于集成、通用性强以及无需构建样本库等特点,能够为航空航天器结构健康监测、寿命评估和快速维护提供技术支撑。     

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.     

多次补焊对铝合金焊接接头的影响

正1.概述近年来铁路车辆上大量采用了铝合金材料,但由于铝合金的导热率和热膨胀系数大,且极易氧化等特点,焊接时容易产生气孔、裂纹、未熔合等缺陷,因此,需经常对铝合金结构的焊缝进行修复和补焊。本文研究了多次补焊对高速列车用6061-T6铝合金焊接接头组织和性能的影响,以确定其焊接接头的合理补焊次数,为6061-T6铝合金结构的实际生产提供依据。2.试验材料及试验方法6061-T6铝合金焊接试板为300mm×300mm×16mm。采用     

胶接和共固化成型对复合材料加筋板压缩性能的影响

为了研究胶接和共固化成型的复合材料加筋板的压缩性能,本文首先开展了两类加筋板轴压试验。然后,建立了渐进损伤有限元模型,模拟加筋板压缩失效过程。复合材料根据Hashin准则判定其失效,蒙皮和筋条间界面采用二次应力准则作为损伤起始判据。通过引入指数形式的损伤状态变量,直接折减材料失效点刚度矩阵来模拟材料的失效过程。随后,根据试验和有限元结果,详细讨论了加筋板的压缩过程。结果表明,两类加筋板失效模式一致,而胶接加筋板比共固化加筋板压缩承载能力略高。     

应变模态参数曲线的结构损伤位置及程度研究

对结构的损伤进行诊断和评估是健康监测系统的核心问题,而敏感的损伤指标是损伤诊断的关键,并且传统的模态参数不易识别结构的早期局部微小损伤。以悬臂梁作为研究对象,对其进行有限元分析,与实验结果进行对比。研究结果表明:频率仅能识别结构损伤存在;位移模态对局部损伤不敏感;应变模态参数对局部微小损伤非常敏感,损伤处应变值明显大于未损伤处,能非常精确地识别结构损伤的位置及程度。该实验可运用到其它复杂机械结构的早期局部微小损伤中。