[發明專利]基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識系統及方法

有效

• 申請號: 201210551643.6
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103049608A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 曾捷;穆昊;李繼峰;周雅斌;張倩昀
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明公開了基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識系統及方法，屬于板殼結構監測技術領域。

背景技術

板殼類結構是飛機中一種重要的典型結構，南京航空航天大學陸觀等人的研究成果顯示，傳感網絡信號的有效性和傳感網絡覆蓋位置的正確性依賴于傳感網絡敏感區的分布，首先需要對整體的結構狀態特征進行分析，采用與結構相匹配的算法，優化得到傳感器的分布。此外，針對傳感器分布常用的構建方法包括有效獨立、Guvan模型縮減法。有效獨立法從所有可能測點出發，利用復模態矩陣的冪等型，計算有效獨立向量，按照目標模態矩陣獨立性排序，刪除對其秩貢獻最小的自由度，從而優化Fisher信息陣而使感興趣的模態向量盡可能保持線性無關。Guyan模型縮減法也是一種常用的測點選擇方法，通過剛度(靜力縮減)或質量(動力縮減)子矩陣構成的轉換矩陣，可以把那些對模態反應起主要作用的自由度保留下來作為測點的位置。以上傳感器分布方法都要對結構整體先進行分析研究，在此基礎上優化得到傳感器的分布，確定實驗系統。

飛機在工作環境中由于承受多各種形式載荷共同作用，板殼類結構會產生不可以預見的損傷。由于飛行任務模式中強過載和加載形式日趨復雜化，容易造成結構強度失效，如復合材料板會造成板結構內部纖維斷裂，金屬結構會造成局部屈服變形，使得飛機典型承載部件如機體、機翼力學性能大幅下降，直接危及飛行安全。因此必須及時獲取載荷加載信息，從而為結構健康狀態準確評估和視情維修提供可靠依據。

結構損傷識別的方法主要有：模式匹配法、敏感因子法、模型修正法和參數識別法。由于基于結構靜力響應的損傷識別具有穩定性高、數據處理簡單的優點，使得目前針對結構靜力響應特性的研究逐漸增加。

傳統板殼結構載荷加載點判位方法對傳感器布置缺少統一的布置規則，因此采用不同布置方法時，傳感器測量到的應變/應力數值也不相同。，因此需要以從實際目標結構獲取基于樣本加載節點的先驗結構響應數據作為靜載判位的參考基準，根據先驗數據布局傳感器，這在一定程度上使得判位方法只適用于特定結構，對不同形狀的結構需要重新設計傳感器測點位置，并再次獲取先驗數據。隨著實際監測場合和承載形式日趨復雜多變，不僅難以直接獲取這些實測數據，而且還會使得相關傳感器網絡配置形式難以確定。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識系統及方法。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識系統，包括：用于測量板殼結構應變值的傳感器、數據處理器、計算機；其中，所述數據處理器輸入端與用于測量板橋結構應變值的傳感器，輸出端與計算機連接。

所述基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識系統中，用于測量板殼結構應變值的傳感器為光纖布拉格光柵傳感器，所述數據處理器為光柵解調儀。

所述基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識系統中，計算機中安裝有MATLAB軟件，通過MATLAB的定位程序對數據處理器的輸出值進行處理。

基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識方法，使用權利要求1或2或3所述的利用約束邊應變極值坐標判定載荷加載點的系統實現，具體包括如下步驟：

步驟1，以板殼結構上的一點為原點建立二維坐標系，建立加載點坐標與對應應變極值坐標的映射關系；

步驟2，在所述板殼結構上布局用于測量板殼結構應變值的傳感器：沿板殼結構約束邊均勻布置傳感器，所述傳感器粘貼方向與約束邊垂直；

步驟3，對加載點加載載荷，根據按照步驟2所述方式布局的傳感器的響應數據，對步驟1確定的映射關系反演得到加載點目標。

所述基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識方法中，步驟1中建立載荷加載點坐標與應變極值坐標的映射關系的具體方法如下：

步驟A，在板殼結構上取n個樣本加載節點，在第k個樣本加載節點上加載載荷，利用有限元仿真方法得到第k個樣本加載節點對應的應變極值坐標；其中，n為自然數，k為小于n的自然數；

步驟B，構建由每個樣本加載節點坐標及其相應應變極值坐標組成的矩陣，并建立樣本加載節點坐標及其相應應變極值坐標間映射關系。

所述基于約束邊應變極值坐標的載荷辨識方法中，步驟3的具體實施方式如下：

步驟a，對待判位加載點加載載荷，記錄傳感器的響應數據，根據傳感器響應數據得到待判位加載點的應變極值坐標；