[發(fā)明專利]一種基于多主體協(xié)作的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610841014.5
• 申請(qǐng)日: 2016-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN107860420A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫紅兵;熊樹;戴金橋;陳勇;俞阿龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 淮陰師范學(xué)院
• 主分類號(hào): G01D21/02
• 分類號(hào): G01D21/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)損傷健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于多主體協(xié)作的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到不斷的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域都迎來(lái)了快速發(fā)展的高峰期，各種大型、復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)和設(shè)施不斷出現(xiàn)，如大型飛機(jī)、衛(wèi)星、空間站等航空航天飛行器結(jié)構(gòu)，超大型高樓大廈、超大跨橋梁、大型水利工程、大型海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)、隧道、油氣管道、核電站等重大土木工程結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)所采用的材料復(fù)雜，包括金屬和各種復(fù)合材料，特別是先進(jìn)的復(fù)合材料以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在航空結(jié)構(gòu)中得到廣泛使用。如波音公司的B787、空客公司的A380所采用的復(fù)合材料占機(jī)身結(jié)構(gòu)的50%，有效降低自重的同時(shí)，也存在更多的失效模式，特別是沿著復(fù)合材料和金屬的界面連接處的模式-II面內(nèi)剪切裂紋將成為主要失效模式，容易受到各種外來(lái)沖擊或材料疲勞等而產(chǎn)生不同程度的損傷。

工程結(jié)構(gòu)的損傷一般包括突然損傷和積累損傷兩種，突然損傷是指因地震、洪水、颶風(fēng)、爆炸等嚴(yán)重自然或人為災(zāi)害引起，積累損傷則一般是結(jié)構(gòu)在經(jīng)過長(zhǎng)期使用后緩慢累積的損傷，具有緩慢積累的性質(zhì)。對(duì)于傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)，材料特性相對(duì)簡(jiǎn)單，損傷類別主要有疲勞裂紋、腐蝕、緊固件失效、應(yīng)力腐蝕以及沖擊損傷等形式；對(duì)于復(fù)合材料，由于其性能的分散性較大，導(dǎo)致材料破壞與結(jié)構(gòu)失效的機(jī)理復(fù)雜，難以有效描述其損傷演化過程和斷裂行為，所以復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能及損傷模式要比金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多。復(fù)合材料層間脆弱，外部沖擊易造成內(nèi)部脫層、纖維斷裂等損傷，采用整體化制造時(shí)，接頭部位是薄弱環(huán)節(jié)，容易產(chǎn)生內(nèi)部損傷，內(nèi)部分層、脫粘等表面不可見損傷。工程結(jié)構(gòu)的各類損傷累積到一定程度，將影響其承載能力和耐久性，使抵抗自然災(zāi)害的能力下降，甚至引發(fā)各種災(zāi)難性的突發(fā)事故, 帶來(lái)重大的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，產(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響。

隨著人們對(duì)航空航天飛行器結(jié)構(gòu)、超大跨橋梁、大壩、海洋平臺(tái)、輸油管道安全性的日益關(guān)注，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究已經(jīng)成為航空航天、國(guó)防、土木工程等領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向, 各國(guó)政府及科研部門投入結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究的經(jīng)費(fèi)也不斷增加。在許多新建的和已服役的重要工程結(jié)構(gòu)上都增設(shè)了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以對(duì)這些工程結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的損傷，評(píng)估其安全性，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的性能變化和剩余壽命，這些工作對(duì)提高工程結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)效率，保障入民生命財(cái)產(chǎn)安全具有極其重大的意義，已經(jīng)成為現(xiàn)代工程領(lǐng)域越來(lái)越迫切的要求。

面向大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所需監(jiān)測(cè)的對(duì)象體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布范圍大，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)所需要的傳感器數(shù)目龐大、所需決策對(duì)象的復(fù)雜度大大增加，需要處理、傳輸與決策的信息量也極大增加，給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了許多困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于多主體協(xié)作的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于多主體協(xié)作的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)層、數(shù)據(jù)解釋層、損傷診斷層、信息融合層以及輸入輸出層，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)層、數(shù)據(jù)解釋層、損傷診斷層、信息融合層和輸入輸出層依次相連，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)層用于結(jié)構(gòu)健康狀況信息的采集，并將采集到的結(jié)構(gòu)健康狀況信息發(fā)送至數(shù)據(jù)解釋層，數(shù)據(jù)解釋層對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀況信息進(jìn)行處理，從結(jié)構(gòu)健康狀況信息中提取結(jié)構(gòu)損傷特征參數(shù)，并將獲取的結(jié)構(gòu)損傷特征參數(shù)發(fā)送至損傷診斷層，損傷診斷層根據(jù)結(jié)構(gòu)損傷特征參數(shù)對(duì)各種損傷狀況進(jìn)行評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果發(fā)送至信息融合層，信息融合層對(duì)結(jié)構(gòu)損傷評(píng)估結(jié)果進(jìn)行融合與決策，獲得結(jié)構(gòu)的整體損傷狀況，并將結(jié)構(gòu)的整體損傷狀況發(fā)送至輸入輸出層，輸入輸出層用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述基于多主體協(xié)作的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還包括協(xié)調(diào)管理模塊，協(xié)調(diào)管理模塊分別連接數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)層、數(shù)據(jù)解釋層、損傷診斷層、信息融合層和輸入輸出層，對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)層、數(shù)據(jù)解釋層、損傷診斷層、信息融合層和輸入輸出層進(jìn)行協(xié)調(diào)管理。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)層包括靜態(tài)載荷信號(hào)采集模塊、螺絲松動(dòng)信息采集模塊和沖擊信號(hào)采集模塊，靜態(tài)載荷信號(hào)采集模塊分別連接有應(yīng)變傳感主體，光纖布拉格光柵傳感主體和溫度傳感主體，螺絲松動(dòng)信息采集模塊分別連接有壓電傳感主體和溫度傳感主體，沖擊信號(hào)采集模塊分別連接有壓電傳感主體和溫度傳感主體。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述數(shù)據(jù)解釋層包括模態(tài)參數(shù)信號(hào)處理主體、小波分析信號(hào)處理主體、希爾伯特-黃變換信號(hào)處理主體和快速傅里葉變換信號(hào)處理主體。