[發(fā)明專利]一種用于載荷分布反演的應(yīng)變測(cè)量位置優(yōu)選方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011397473.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112668091B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 兌紅娜;鐘貴勇;董江;王勇軍;張志賢;裴鶴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F119/02
• 代理公司: 中國(guó)航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明屬于飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控和載荷譜實(shí)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于載荷分布反演的應(yīng)變測(cè)量位置優(yōu)選方法；本發(fā)明采用最大垂直距離逐步篩選基向量法，依次從設(shè)計(jì)載荷工況庫(kù)中篩選載荷基工況、從候選應(yīng)變集中篩選基應(yīng)變以及從設(shè)計(jì)載荷工況庫(kù)中篩選應(yīng)變基工況，結(jié)合最大行列式準(zhǔn)則，提出了一套完整的用于載荷分布反演的應(yīng)變測(cè)量位置優(yōu)選方法，可最大限度地提高載荷分布反演的精度和魯棒性，解決了在應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限的情況下優(yōu)選應(yīng)變測(cè)量位置的難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控和載荷譜實(shí)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于載荷分布反演的應(yīng)變測(cè)量位置優(yōu)選方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是準(zhǔn)確地測(cè)量與監(jiān)控結(jié)構(gòu)在飛行中所承受的載荷分布、應(yīng)力場(chǎng)等信息，在結(jié)構(gòu)表面布置載荷傳感器來(lái)直接測(cè)量載荷分布是不現(xiàn)實(shí)的，常用的方法是采用應(yīng)變測(cè)量對(duì)載荷進(jìn)行反演(也稱反推)，這是一個(gè)根據(jù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)推測(cè)結(jié)構(gòu)載荷輸入的逆向問(wèn)題。

相比傳統(tǒng)的基于應(yīng)變電橋的部件載荷標(biāo)定(如機(jī)翼根部彎矩/剪力/扭矩)，載荷分布反演需在結(jié)構(gòu)全局更多的位置測(cè)量應(yīng)變，以獲取整個(gè)結(jié)構(gòu)足夠廣泛且穩(wěn)定可靠的應(yīng)變分布數(shù)據(jù)。

在基于應(yīng)變測(cè)量的載荷分布反演方法中，最為廣泛應(yīng)用的是影響系數(shù)法，該法基于線彈性假設(shè)，認(rèn)為由不同載荷工況下結(jié)構(gòu)響應(yīng)分布(如位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)等)的線性組合可以映射到結(jié)構(gòu)載荷分布的線性組合。

影響系數(shù)法構(gòu)建如下線性矩陣方程：

{ε_g×1}＝[A_g×m]{β_m×1} (1)

{f_n×1}＝[P_n×m]{β_m×1} (2)

其中，{·}為列向量，[·]為矩陣，{ε}為未知載荷工況下的應(yīng)變分布，{f}為未知載荷工況下的載荷分布，[P]為基載荷工況下的載荷分布矩陣，[A]為基載荷工況下的應(yīng)變分布矩陣(稱為影響系數(shù)矩陣)，{β}為線性系數(shù)，g表示應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)量，m表示基載荷工況數(shù)量，n表示載荷加載點(diǎn)數(shù)量。

根據(jù)影響系數(shù)法，給定任意載荷工況下的應(yīng)變分布{ε}，先通過(guò)公式(1)計(jì)算{β}，再將{β}代入公式(2)，便可獲取任意載荷工況下的載荷分布{f}。

影響載荷分布反演精度的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)量和位置的選取，它決定了影響系數(shù)矩陣[A]。在實(shí)際應(yīng)用中，目標(biāo)結(jié)構(gòu)可允許布置的應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)量通常是有限的，如何在應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限的情況下對(duì)應(yīng)變測(cè)量位置進(jìn)行優(yōu)選，以最大限度地提高載荷分布反演的精度和魯棒性，是工程上亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：

本發(fā)明主要研究在應(yīng)變測(cè)點(diǎn)數(shù)量有限的情況下應(yīng)變測(cè)量位置的優(yōu)選方法，以最大限度地提高載荷分布反演的精度和魯棒性。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種用于載荷分布反演的應(yīng)變測(cè)量位置優(yōu)選方法，其特征在于，首先將目標(biāo)結(jié)構(gòu)上可允許布置的所有應(yīng)變測(cè)量位置組成候選應(yīng)變集，候選應(yīng)變測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量分散，且對(duì)重點(diǎn)關(guān)注的加載區(qū)域有較大的響應(yīng)；將飛機(jī)在設(shè)計(jì)階段所預(yù)期的所有載荷工況組成設(shè)計(jì)載荷工況庫(kù)，每個(gè)載荷工況有對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)載荷分布和應(yīng)變分布；具體步驟如下：

步驟a)：根據(jù)設(shè)計(jì)載荷工況庫(kù)構(gòu)建載荷分布矩陣[P_n,M]＝({f₁},{f₂},...,{f_M})，{f_i}表示每個(gè)載荷工況下的載荷分布列向量，采用最大垂直距離逐步篩選載荷基工況法，依次從M個(gè)設(shè)計(jì)載荷工況中篩選出m_f個(gè)載荷基工況，所有載荷工況均可用這組基工況線性表示；