[發(fā)明專利]一種結構剩余壽命自動化快速評估方法和系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN105241957B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發(fā)明（設計）人: 孫虎;卿新林
• 申請（專利權）人: 常州飛智傳感科技有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 常州知融專利代理事務所(普通合伙) 32302
• 代理人: 路接洲

本發(fā)明涉及一種結構剩余壽命自動化快速評估方法和系統(tǒng)，將結構健康監(jiān)測技術與自動化無損檢測技術結合起來，取其各自優(yōu)點，組成一個檢測與評估系統(tǒng)，對航空大面積復合材料結構中的損傷進行快速定量地檢測并對結構的剩余強度/壽命進行自動化的評估。采用本發(fā)明不僅可以提高航空結構的檢測與維護效率，縮短停機時間，而且可以降低運營成本；在本發(fā)明中，結構健康監(jiān)測技術所采用的典型技術包含但不限于基于壓電傳感器的損傷監(jiān)測技術、基于壓電傳感器/光纖傳感器的撞擊監(jiān)測技術等，自動化無損檢測技術所采用的典型技術包含但不限于基于機械手臂的自動噴水超聲C掃技術、基于機械手臂的激光超聲檢測技術等。

技術領域

本發(fā)明涉及檢測與維護領域，尤其是一種結構剩余壽命自動化快速評估方法和系統(tǒng)。

背景技術

目前，國內外航空公司飛機的維護方式仍依賴于定期的無損檢測，如超聲掃描、渦流檢測、磁粉檢測等。然而，隨著先進復合材料在民用飛機主承力結構上的大面積使用，而大面積復合材料結構由于沖擊、疲勞等原因容易出現(xiàn)脫層、脫粘、纖維斷裂等損傷，傳統(tǒng)的針對金屬結構的檢測與維護手段正面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。如何對大面積復合材料中的損傷進行快速精確的檢測，改進傳統(tǒng)的針對金屬結構的維護維修流程，促進先進復合材料在飛機結構上的大量使用，是飛機檢測與維護領域研究人員面臨的一大難題。

正因如此，近年來基于機械手臂的自動化檢測與維護技術得到了迅速發(fā)展，比較有代表性的技術有：1)超聲C掃自動噴水系統(tǒng)，GE、ScanMaster、Tecnatom等公司都研制了超聲C掃自動噴水系統(tǒng)，其控制機械手臂向檢測點連續(xù)噴水，在噴嘴的后面裝有超聲激勵和接收探頭，對復合材料結構可進行自動化檢測；2)激光超聲無損檢測技術，已被空客用于A380、A350復合材料結構檢測的美國iPhoton公司iPLUS激光超聲檢測系統(tǒng)，可以控制機械手臂向待檢結構點發(fā)出激光并接收激光回波，對大型復合材料復雜結構進行自動化檢測，具有較高的檢測效率。

另一方面，結構健康監(jiān)測技術利用與結構集成的分布式傳感器網(wǎng)絡，采集由于損傷/狀態(tài)變化而改變的信號，并從中提取損傷特征參數(shù)，實時/近乎實時地快速評估結構性能。其中，可用于大范圍復合材料結構損傷識別/撞擊事件識別的壓電傳感器技術、光纖傳感器技術近年來經(jīng)過廣泛的研究，正在嘗試向工業(yè)界推廣應用。

基于機械手臂的自動化無損檢測技術在檢測過程中需要對結構平面進行高密度掃描，而由于復合材料主承力結構面積大，而且通常只在一個或幾個點出現(xiàn)損傷，機械手臂對整個結構的掃描顯得沒有必要，且效率低下。

而結構健康監(jiān)測技術由于其利用相對較少的傳感器數(shù)量獲知結構上的損傷/撞擊，對大范圍復合材料結構的檢測顯示出其高效率的特點；而從定量化的角度看，結構健康監(jiān)測技術的傳感器數(shù)量又限制了其發(fā)展，導致其無法采集足夠的信息對結構的損傷大小、形狀以及撞擊的能量進行精確地量化。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是：提出一種結構剩余壽命自動化快速評估方法和系統(tǒng)，將結構健康監(jiān)測技術與自動化無損檢測技術結合起來，取其各自優(yōu)點，組成一個檢測與評估系統(tǒng)，對航空大面積復合材料結構中的損傷進行快速定量地檢測并對結構的剩余強度/壽命進行自動化的評估。

本發(fā)明所采用的技術方案為：一種結構剩余壽命自動化快速評估方法，包括以下步驟：

1)在復合材料結構的外表面上粘貼傳感器構建傳感器網(wǎng)絡，利用傳感器網(wǎng)絡以及結構健康監(jiān)測技術初步檢測損傷/撞擊；

2)設定閾值并判斷初檢損傷面積/撞擊能量是否大于閾值；若大于閾值，則進入后續(xù)檢測流程，反之，則檢測流程結束；

3)根據(jù)初檢損傷/撞擊位置與誤差，確定自動化無損檢測技術的詳細檢測區(qū)域與檢測方案；

4)驅動自動化無損檢測的機械手臂，進行詳細檢測；

5)基于詳細檢測結果，預測結構剩余強度/壽命。