复合材料损伤识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复合材料损伤识别方法及装置，所述方法包括：检测在复合材料的目标识别区域设置的至少两条传感路径的电导率；将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于所述各条传感路径或目标识别区域的损伤系数；根据所述各条传感路径的损伤系数，计算所述目标识别区域上预先设定的各节点的损伤概率，通过分析所述损伤概率得到所述目标识别区域的损伤面积。本发明专利技术提出的技术方案能够在减少结构增重和无须对现有的复合材料的结构设计方案进行大幅度修改的情况下，有效实现对复合材料的损伤识别。

【技术实现步骤摘要】
复合材料损伤识别方法及系统
本专利技术实施例涉及测试工程
，尤其涉及一种复合材料损伤识别方法及装置。
技术介绍
目前，为了达到民用飞机减重、减阻、减排的要求，并保证在未来民用航空市场上的竞争力，通常会在民机结构中应用纤维增强树脂基复合材料。复合材料具有优异的比强度、比刚度、抗疲劳和耐腐蚀性能，其整体式结构可减少构件数量，有效减轻飞机重量和装配复杂程度，提高飞机结构效率，延长使用寿命，降低使用和维护费用，其应用比例已成为衡量民机产品先进性的关键指标之一。然而，飞机中的复合材料结构虽具有较好的力学性能，但由于其导电性能较差，若不采用相应的防护措施，会在遭受闪电冲击后产生灾难性的破坏，例如闪电冲击的高电压会击穿绝缘材料和局部结构，闪电冲击的高电流会使导电不连续处起火，造成材料烧蚀，进而引起飞机的机械性能大幅度下降。同时，当闪电附着在飞机上某个位置或邻近某位置放电时，闪电电流的瞬态过程会产生强大的闪电脉冲电磁场，在电磁耦合效应的作用下，将会有部分闪电能量传导或辐射到机载电子电气设备上，从而导致设备出现故障。为防止复合材料结构中出现大规模的闪电冲击损伤，现有技术中的一种解决方案是：在复合材料试件上覆盖一层闪电冲击防护层。此方案能够在一定程度上保护飞机经受多次闪电冲击。但是，防护层的添加严重增加了飞机的结构重量和检修维护成本，在很大程度上抵消了采用复合材料所带来的性能提升。为此，现有技术采用了另一种解决方案：在复合材料中掺入纳米颗粒，以在尽量少增加其重量的前提下提高其导电性。但是，在现有技术中，并不能够对因闪电冲击等因素引起的复合材料导电性能的损伤进行有效识别，严重威胁飞机的飞行安全。
技术实现思路
本专利技术提供一种复合材料损伤识别方法及装置，以在减少结构增重和无须对现有的复合材料的结构设计方案进行大幅度修改的情况下，有效实现对复合材料的损伤识别。第一方面，本专利技术实施例提供了一种复合材料损伤识别方法，该方法包括：检测在复合材料的目标识别区域设置的至少两条传感路径的电导率；将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于所述各条传感路径或目标识别区域的损伤系数；根据所述各条传感路径的损伤系数，计算预先设定的所述目标识别区域上各节点的损伤概率，通过分析所述损伤概率构建所述目标识别区域的损伤图像，以得到所述目标识别区域的损伤面积。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种复合材料损伤识别装置，该装置包括：检测在复合材料的目标识别区域设置的至少两条传感路径的电导率；将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于所述各条传感路径或目标识别区域的损伤系数；根据所述各条传感路径的损伤系数，计算预先设定的所述目标识别区域上各节点的损伤概率，通过分析所述损伤概率构建所述目标识别区域的损伤图像，以得到所述目标识别区域的损伤面积。本专利技术利用复合材料面内的电导率会随着因闪电冲击等因素引起的损伤大小的变化而变化这一特点，在复合材料的目标识别区域设置多条传感路径，进而通过检测这些传感路径的导电率，并将所检测的电导率与基准的电导率进行对比分析，来得到对应于目标识别区域的损伤识别结果。本专利技术提出的技术方案，一方面在减少结构增重且无须对现有的复合材料的结构设计方案进行大幅度修改的情况下，有效实现了对复合材料的损伤识别；另一方面通过分析所获取的多条传感路径的电导率来得到损伤识别结果，避免了因单条传感路径发生故障而引起的系统误差，提高了损伤识别的精度。附图说明图1是本专利技术实施例一提供的一种复合材料损伤识别方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例一提供的一种电导率测量网络示意图；图3是本专利技术实施例一提供的两类损伤系数计算方法的原理示意图；图4是本专利技术实施例一提供的一种为传感路径定义的椭圆形影响区域的示意图；图5是本专利技术实施例二提供的一种复合材料损伤识别装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。图1为本专利技术实施例一提供的一种复合材料损伤识别方法的流程示意图，本实施例可适用于当由复合材料制成的飞机降落后，对复合材料结构的损伤进行识别的情况，该方法可以由复合材料损伤识别装置来执行，所述装置可由软件和/或硬件实现。参见图1，复合材料损伤识别方法具体包括如下步骤：步骤110、检测在复合材料的目标识别区域设置的至少两条传感路径的电导率。在本实施例中，可预先在复合材料的目标识别区域上设置多个激励器和传感器，每个激励器与传感器之间构成一条传感路径。其中，目标识别区域可以由技术人员根据经验选定的易发生损伤的区域，也可由复合材料损伤识别装置根据之前对复合材料的损伤识别结果选取的区域。如图2所示的电导率测量网络，该网络包括ab′、A9′、B8′、DD′等多条待测量的传感路径，每条传感路径上的一个节点(如a)为激励器，另一个节点(如b′)为传感器。复合材料损伤识别装置可通过设定的轮换顺序依次给不同的激励器施加输入电信号，从传感器采集输出电信号，根据这些输入输出电信号来测量相应传感路径上的电导率。具体的，检测电导率的过程可包括：通过在复合材料的目标识别区域设置的至少一个激励器发出输入电信号，且通过目标识别区域设置的至少一个传感器采集输出电信号；根据所述输入电信号和输出电信号，计算获取激励器和传感器间的至少两条传感路径的电导率。其中，任意一条传感路径上的电导率同该条传感路径上的输出电信号与输入电信号的比值成正比，即输出电信号与输入电信号的比值越大，电导率也就越大。步骤120、将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于各条传感路径或目标识别区域的损伤系数。本实施例可通过按照设定的算法来衡量所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率之间的差异程度，进而根据该差异程度生成对应于各条传感路径或目标识别区域的损伤系数。相关系数可用来显示两个变量之间线性关系的强度和方向，因此本实施例可通过相关分析的方法(即相关系数法)来计算损伤系数。其物理意义上可描述如下：当损伤位置距离某条传感路径越近时，对该条传感路径上或周围的节点影响越严重，因此导致所检测到的该条传感路径的电导率与基准电导率的差异程度越大，计算所得的相关系数越趋近于0；反之，当损伤位置距离某条传感路径越远时，对该条传感路径上或周围的节点影响越轻微，因此导致基准信号和损伤信号间的差异程度越小，计算所得的相关系数越趋近于1。在本实施例的一个具体的实施方式中，按照相关系数法将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于目标识别区域的损伤系数，具体包括：根据如下公式(1)计算对应于目标识别区域的损伤系数：...

【技术保护点】
一种复合材料损伤识别方法，其特征在于，包括：检测在复合材料的目标识别区域设置的至少两条传感路径的电导率；将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于所述各条传感路径或目标识别区域的损伤系数；根据所述各条传感路径的损伤系数，计算所述目标识别区域上预先设定的各节点的损伤概率，通过分析所述损伤概率得到所述目标识别区域的损伤面积。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料损伤识别方法，其特征在于，包括：检测在复合材料的目标识别区域设置的至少两条传感路径的电导率；将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于所述各条传感路径或目标识别区域的损伤系数；根据所述各条传感路径的损伤系数，计算所述目标识别区域上预先设定的各节点的损伤概率，通过分析所述损伤概率得到所述目标识别区域的损伤面积；其中，检测在复合材料的目标识别区域设置的至少两条传感路径的电导率，包括：通过在复合材料的目标识别区域设置的至少一个激励器发出输入电信号，且通过目标识别区域设置的至少一个传感器采集输出电信号；根据所述输入电信号和输出电信号，计算获取所述激励器和传感器间的至少两条传感路径的电导率；其中，根据所述各条传感路径的损伤系数，计算所述目标识别区域上预先设定的各节点的损伤概率，通过分析所述损伤概率得到所述目标识别区域的损伤面积，包括：根据如下公式计算预先设定的所述目标识别区域上预先设定的各节点的损伤概率：判断所计算的节点的损伤概率是否大于等于设定的损伤阈值，如果是，则标记该节点所在的预设范围内的区域属于损伤区域；根据所标记的损伤区域构建所述目标识别区域的损伤图像，得到所述目标识别区域的损伤面积；其中，P(x,y)为在所述目标识别区域上坐标为(x,y)的节点的损伤概率，k为大于等于2的自然数，N为传感路径的条数，pk(x,y)为第k条传感路径的损伤对所述坐标为(x,y)的节点的影响因子，Ak为第k条传感路径的损伤系数，Wk[Rk(x,y)]为第k条传感路径的损伤系数分布在所述坐标为(x,y)的节点上的加权因子；其中，根据如下公式计算所述加权因子Wk[Rk(x,y)]：或者,根据如下公式计算所述加权因子Wk[Rk(x,y)]：其中，Rk(x,y)为所述坐标为(x,y)的节点与第k条传感路径的相对距离，β为缩放系数，W0、A、ω和RC均为预设的常量；其中，根据如下公式计算所述相对距离Rk(x,y)：其中，所述Da,k(x,y)为第k条传感路径上的激励器到所述坐标为(x,y)的节点的距离，Ds,k(x,y)为第k条传感路径上的传感器到所述坐标为(x,y)的节点的距离，Dk为第k条传感路径上的激励器到传感器的距离。2.根据权利要求1所述的复合材料损伤识别方法，其特征在于，将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于所述目标识别区域的损伤系数，包括：根据如下公式计算对应于所述目标识别区域的损伤系数：其中，DSC为所述目标识别区域的损伤系数，ρx,y为相关系数，n为传感路径的条数，i为大于等于2的自然数，xi为检测到的第i条传感路径的电导率，yi为预设的第i条传感路径的基准电导率。3.根据权利要求1所述的复合材料损伤识别方法，其特征在于，将所检测到的各条传感路径的电导率与预设的各条传感路径的基准电导率按照设定的算法进行对比分析，生成对应于所述目标识别区域的损伤系数，包括：根据如下公式计算对应于所述目标识别区域的损伤系数：其中，DSS为所述目标识别区域的损伤系数，n为传感路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，徐吉峰，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心，中国商用飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11