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航空制造技术 2024年第13期67卷 92-98页

作者：汪英卢少微张璐沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 沈阳航空航天大学材料科学与工程学院沈阳110136

复合材料层合板在服役过程中易受到冲击损伤,对结构产生不利影响。冲击引发的复合材料内部结构损伤能够缩短复合材料的使用寿命。因此,对于复合材料层合板冲击定位及损伤监测是必要的。以碳纳米管(CNT)和MXene薄膜为代表的新型碳纳米材... 详细信息

复合材料层合板在服役过程中易受到冲击损伤,对结构产生不利影响。冲击引发的复合材料内部结构损伤能够缩短复合材料的使用寿命。因此,对于复合材料层合板冲击定位及损伤监测是必要的。以碳纳米管(CNT)和MXene薄膜为代表的新型碳纳米材料具有独特的纳米级结构和优良的物理性能。将MXene/CNT薄膜传感器阵列布置于监测范围内,提出了一种适用于传感器阵列的定位算法,该算法可以准确地计算和定位到监测区域的冲击位置。同时,可根据传感器相对电阻变化率判断试件损伤情况。最后,使用超声C扫描设备对结果进行对比验证。试验结果表明,传感器阵列响应计算结果与实际冲击位置吻合,且传感器相对电阻变化率与损伤严重程度相关。

关键词：复合材料冲击定位损伤监测 MXene/CNT薄膜传感器冲击定位算法

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基于误差函数的复合材料结构冲击定位方法研究

基于误差函数的复合材料结构冲击定位方法研究

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作者：史超辉大连交通大学

学位级别：硕士

复合材料因具有质量轻、比强度大以及可设计性等优点被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。受其自身材料结构脆性影响,复合材料对冲击事件极为敏感,当遭受冲击时,极有可能会产生内部纤维断裂、基体分层等目不可检的损伤,对材料的整... 详细信息

复合材料因具有质量轻、比强度大以及可设计性等优点被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。受其自身材料结构脆性影响,复合材料对冲击事件极为敏感,当遭受冲击时,极有可能会产生内部纤维断裂、基体分层等目不可检的损伤,对材料的整体性和安全性造成极大威胁。为保障复合材料结构服役过程的安全性,对其进行冲击监测是必要的。然而,受复合材料非线性本构、应力波传播等复杂因素的影响,冲击事件的识别和定位问题仍面临挑战。本文采用基于导波的结构健康监测技术进一步研究可用于复合材料冲击定位的新方法。考虑到复合材料内部导波传播的复杂性,本文基于压电传感器网络,研究了一种无需材料特性和波速等先验知识的冲击位置识别方法——基于误差函数的概率冲击定位方法。利用赤驰信息准则(AIC)函数提取冲击信号的起振时间,依据波的传播时间、传播距离结合传感器网络在波的同一传播方向上建立误差函数并由此引申至全监测范围,通过计算监测区域内各点的综合误差指数确定各点的冲击概率,最终实现冲击位置的评估。在50 cm×50 cm的玻璃纤维增强树脂基复合材料板上进行冲击试验验证算法的可行性,同时通过向冲击信号中添加高斯白噪声的方式模拟复杂的应用场景验证方法的包容性。试验结果表明,本方法可以实现复合材料结构中冲击事件的识别并有效定位冲击位置,且对于复杂应用环境具有一定的包容性。在进行的13组冲击试验中,理想冲击信号的平均定位误差为1.81 cm,忽略边界效应,平均定位误差为0.76 cm,仅为相邻传感器间距的6.4%,选取10组远离结构边缘的冲击信号添加高斯白噪声,噪声有效功率与信号有效功率之比为1:5时,仍可正常识别,平均识别误差为1.5 cm;添加噪声至信号失真的情况下,选用小波阈值降噪的方法进行有效信号的提取,将提取到的信号作为冲击信号进行冲击定位,平均定位误差保持在2 cm范围内。经验证,使用本文方法可以实现复合材料结构上的冲击位置识别,虽受边缘效应影响结构边缘位置的冲击位置识别存在一定误差,但该方法仍为进一步促进冲击监测方法在复合材料结构健康监测中的应用提供了一定支撑。

关键词：复合材料冲击监测冲击定位算法

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基于光纤光栅传感系统的解调与定位研究

基于光纤光栅传感系统的解调与定位研究

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作者：刘鹏辉长春工业大学

学位级别：硕士

随着社会经济的飞速发展,传感技术被广泛应用在社会生活的方方面面。光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为光纤传感领域发展最快、应用最广的传感器,具有光信号传输损耗低、适用于恶劣环境、复用能力强等优点,因而被广泛应用... 详细信息

随着社会经济的飞速发展,传感技术被广泛应用在社会生活的方方面面。光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）作为光纤传感领域发展最快、应用最广的传感器,具有光信号传输损耗低、适用于恶劣环境、复用能力强等优点,因而被广泛应用于航空航天、能源化工、电力监测、建筑工程以及结构健康状态监测等领域。本课题针对大型工程中需要对工程健康状态进行多点监测的需求,为了解决工程上对材料结构损伤位置准确定位的问题,设计一种光纤光栅传感网络定位监测系统来监测工程应用中材料结构损伤位置。本文在对国内外光纤光栅传感技术深入了解的基础上,研究光纤光栅的传感原理,对比多种光纤光栅解调技术以及各自的优势及其局限性,出于实用可行性和工程应用性的考虑,最终选用可调谐F-P滤波器解调法作为本文的解调方法,确定了分布式光纤光栅传感系统整体的解调方案。信号处理部分是传感解调系统中的重要环节,针对光纤光栅传感解调系统采集信号环节的噪声处理问题,采用改进的小波阈值去噪的方法对采集到的传感信号进行分解和重构,达到去噪的目的。仿真验证表明:该方法既克服了硬阈值函数本身的不连续性,又避免了软阈值函数固有的偏差问题,提高了信号重构精度,对传感信号预处理达到预期效果。针对工程应用中材料结构损伤位置识别问题,本文提出了一种基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络定位方法。该方法以材料结构损伤板为模型,在冲击荷载作用下光纤光栅的中心波长发生漂移,解调中心波长的变化量进而获得冲击点响应信号强度,通过加权融合计算、区域定位得到冲击点的最终坐标。最后构建了光纤光栅传感解调网络定位监测系统,使用基于RSSI加权质心的分布式光纤传感网络冲击定位方法,在结构损伤冲击模型上进行实验测试。定位结果表明,该光纤光栅传感解调系统定位方法对冲击损伤位置能够准确识别,定位监测效果明显,为工程应用中结构损伤位置的测量方式提供参考。

关键词：光纤光栅解调技术小波阈值去噪 RSSI 冲击定位算法

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