[發(fā)明專利]基于黑板協(xié)作的結(jié)構(gòu)沖擊損傷診斷方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010108260.2
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101793590A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁慎芳;梁棟;蘇永振;邱雷;吳鍵
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M7/08
• 分類號: G01M7/08;G01N29/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明基于黑板協(xié)作的結(jié)構(gòu)沖擊損傷診斷方法，屬工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

先進(jìn)復(fù)合材料以其比強(qiáng)度高、比剛度大、材料性能可設(shè)計等一系列優(yōu)點，在航空航天 等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。但復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在制造和使用過程中，不可避免地會受到 損傷，尤其是低能量物體沖擊造成的目不可檢損傷，能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性的急劇下 降。因此很有必要對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行全壽命的健康監(jiān)測以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。 通常的辦法有超聲、X射線、γ射線、光干涉、電渦流射線、及電位測量等。但這類檢測 技術(shù)在應(yīng)用上有一些缺點：一是難以檢測一些不可見、不開敞的部件和比較復(fù)雜的大型 結(jié)構(gòu)的損傷；二是這些檢測方法一般設(shè)備復(fù)雜，而且需要對損傷的位置有初步的了解， 使用不方便，局限性大，不易做到服役環(huán)境下的實時在線監(jiān)測，不適合未來大型航空、 航天飛行器結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測與診斷。就復(fù)合材料結(jié)構(gòu)而言，沖擊力和沖擊能量大小與沖擊 損傷模式和程度具有非常重要的關(guān)聯(lián)，因此及時準(zhǔn)確識別出作用其上的沖擊載荷，對確定 結(jié)構(gòu)損傷程度，估算結(jié)構(gòu)剩余強(qiáng)度具有重要意義。對于在服役過程中的飛行器，重要的是 如何來實時監(jiān)測沖擊試件以保護(hù)飛行器的安全運行。而利用基于壓電智能結(jié)構(gòu)的健康監(jiān) 測技術(shù)可以實現(xiàn)低速沖擊的實時、在線監(jiān)測，評估結(jié)構(gòu)的損傷程度，從而保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn) 定性和安全性以及降低結(jié)構(gòu)的維護(hù)成本。

盡管已有各種沖擊載荷識別方法，但是目前還沒有形成一種能夠高精度、實時在線 識別沖擊載荷的方法。許多方法通常直接將時域內(nèi)許多離散點的沖擊載荷時間歷程本身 當(dāng)作未知參數(shù)進(jìn)行求解。由于要求解的未知參數(shù)過多，計算任務(wù)重，很難滿足在線監(jiān)測 的實時性要求。在實際的系統(tǒng)中，由于測量時的噪聲和理論估計的誤差，所識別出的沖 擊載荷時間歷程有較大的震蕩，因此常需要用一些技術(shù)使計算過程穩(wěn)定。對于沖擊位置 的識別，原理上可利用聲發(fā)射技術(shù)，進(jìn)行沖擊定位，但由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的各向異性和 應(yīng)力波的反射、折射及散射，很難準(zhǔn)確確定波速及波達(dá)時間，因此單純采用聲發(fā)射技術(shù) 很難對沖擊源進(jìn)行精確定位。而通過建立優(yōu)化模型，把載荷反演問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化求逆問 題的方法，由于未知參數(shù)數(shù)目巨大導(dǎo)致計算任務(wù)繁重，定位的實時性也很難得到保證。

目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的研究主要集中在實驗室針對小試件進(jìn)行，研究內(nèi)容集中在先進(jìn) 的建模方法和信息處理方法上。對于航空航天飛行器、橋梁、大壩等實際工程結(jié)構(gòu)，由 于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單一功能的監(jiān)測系統(tǒng)魯棒性差，很難準(zhǔn)確實時完成整個結(jié)構(gòu)的評估。如何 協(xié)調(diào)利用各種并行分布的損傷評估方法對各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速準(zhǔn)確可靠有效的評估是 當(dāng)前一個亟待解決的問題。多智能主體(Multi-Agent)技術(shù)的出現(xiàn)為解決該問題提供了 新的思路。多智能主體協(xié)作技術(shù)近年來被認(rèn)為是實現(xiàn)分布式系統(tǒng)的一項關(guān)鍵技術(shù)。所謂 智能主體(Agent)是指能作用于自身和環(huán)境，并可與其他智能體通信的，具體計算能力 的一個軟件或硬件的實體。智能主體協(xié)作技術(shù)的重要性不僅在于該技術(shù)可使分布式系統(tǒng) 的所有資源得以高效、充分地加以應(yīng)用，而且在于該技術(shù)提供了一個管理和組織平臺以 構(gòu)建大型、復(fù)雜、魯棒的分布式信息處理系統(tǒng)。在智能協(xié)作系統(tǒng)中，不同的信息子系統(tǒng) 或信息源被轉(zhuǎn)換成不同的智能主體，雖然每個智能主體所獲得的信息是不完整的、不精 確的或信息處理能力有限，但每個主體由于具有關(guān)于系統(tǒng)整體組織結(jié)構(gòu)的知識或關(guān)于其 他主體的資源、技能、組織職能、目標(biāo)等知識，因而，智能主體具有自主性和社會性， 能夠互相作用，高效、透明地使用系統(tǒng)所有資源，相互協(xié)同并解決由單一主體無法解決 的困難問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所研究的基于黑板協(xié)作的復(fù)合材料沖擊載荷損傷診斷方法主要實現(xiàn)功能：監(jiān) 測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中由于沖擊引起的聲發(fā)射信號，利用兩種損傷評估方法進(jìn)行并行評估， 通過相互融合協(xié)調(diào)，精確快速監(jiān)測沖擊載荷位置。沖擊載荷是實際結(jié)構(gòu)中一種常見損傷， 在復(fù)合材料遭受沖擊后，易造成內(nèi)部分層、基體開裂等損傷。

本發(fā)明基于黑板協(xié)作的結(jié)構(gòu)沖擊損傷診斷方法，包括如下步驟：

(1)壓電傳感測量主體監(jiān)測沖擊損傷引起的聲發(fā)射信號，并將聲發(fā)射信號實時發(fā)布 到黑板當(dāng)中；