一种基于广义相关系数法的特征应变监测点优化选取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于广义相关系数的特征应变监测点优化选取方法，可用于飞机典型受力结构的应变传感器监测位置的确定及其组网优化布置。首先，在飞机待监测结构上根据仿真及工程经验布置大量的原始应变监测点，同时确定不少于3种基本特征工况，并获取每种基本特征工况下的每个原始应变监测点的应变响应，经过归一化处理得到其特征应变向量；然后，利用本发明专利技术提出的广义相关系数，根据设置的阈值选取一组综合相关性最低的特征应变监测点，用于布设应变传感器，实现飞机结构应变传感器组网优化。利用本发明专利技术的优化选取方法，规避了传统的应变监测点布置的经验依赖性，可以极大地减少冗余监测点，实现飞机结构应变传感器优化布置。置。置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于广义相关系数法的特征应变监测点优化选取方法


[0001]本专利技术涉及一种结构应变监测点的部署方法，具体涉及一种基于广义相关系数法的飞机结构特征应变监测点的优化选取方法。

技术介绍

[0002]飞机结构完整性贯穿于飞机结构设计、制造和使用的全过程，其中飞机结构寿命监控是其重要的组成部分，对飞机结构寿命进行实时地监控可以保证在每架飞机安全飞行的前提下，充分发挥飞机的寿命潜力。为了对飞机结构寿命进行监控，需要在飞机结构上布置传感器，组成相应的传感器监测系统。由于受飞机结构重量、经济等因素限制，一般不能布置过多的传感器，因此，如何选取高效的传感器布置位置，减少飞机结构监测传感器数量并优化传感器网络变得十分重要。
[0003]李鹏等提出了一种多工况条件下结构健康监测中的传感器分布优化方法。旨在通过优化传感器的分布，提高多工况条件下结构异常状态的识别效率。该方法首先通过仿真分析获取正常工况下结构的状态数据，采用支持向量数据描述算法计算超球体聚类指标，而后分别以传感器数量和超球体聚类指标为优化目标函数，通过改进的非劣分层遗传算法获取该双目标优化问题的非劣解集，为多工况条件下结构异常状态识别提供传感器分布的优化方案[中国专利公开号：108830407A]。
[0004]罗旭东等提出一种液压导管疲劳寿命指标确定方法，利用仿真方法预测导管结构在实际装机条件下的固有频率、振型及应力分布云图，找出最易导致其疲劳破坏的监测点。试验监测点为仿真确定的被试件最易疲劳破坏的监测点，在监测点处加装应变片和加速度传感器，根据应力和循环次数以及加速度和循环次数拟合出被试件的疲劳寿命曲线[中国专利公开号：105651496A]。
[0005]姚嫣菲等提出一种飞机故障监测机器人群组及其路径优化方法，包括以下步骤：定位监测机器人群组的位置；设定监测点位置；以R为半径，定位各个监测点附近的监测机器人；选定直线距离最近的监测机器人，并获取监测机器人与监测点之间的路径方案；保留路径方案，再次获取新的路径方案；代入监测机器人的运动速度，分析对比各个路径方案的抵达时间；选定最短抵达时间的路径方案，派出监测机器人；监测机器人到达监测点，通过监测摄像头和热成像仪对监测点进行监测[中国专利公开号：112180917A]。
[0006]张颖等提出一种基于混合型传感器网络的差异覆盖方法。该专利技术以粒子群方法为基础，将重点区域和一般区域的有效覆盖率加权后的线性组合所形成的单目标函数作为适应值函数，通过调节权重系数来控制适应值函数，从而引导传感器移动节点向重点区域聚拢，保证重点区域的覆盖质量，为了提高粒子群方法的运算效率，加入虚拟力速度分量来引导移动节点向未覆盖区域移动，虚拟力的大小和方向根据部署区域中未满足有效监测阈值的监测点施加在移动节点的引力场求得，该专利技术适用于含有固定节点和移动节点的混合型传感器网络[中国专利公开号：103997748B]。
[0007]上述多种方法可以有效解决部分传感器布置问题，但是无法解决飞机关键受力结
构的应变传感器优化布置问题。为了得到飞机结构的飞行载荷，往往需要对飞机结构的应变响应进行实时监测，再利用飞机结构的应变响应得到飞机的健康状态等信息。传统飞机结构上应变传感器往往在飞机结构的传力路径上布置，但是该方法布置的不同应变传感器监测数据相关性较高，容易造成大量信息冗余，因此需要进一步优化应变传感器网络布局，减少不同应变监测点之间的冗余信息，以利用较少的应变传感器实现高精度地获取结构载荷。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于广义相关系数法的特征应变监测点优化选取方法，能够在飞机结构大量的原始应变监测点中，优化选取得到一组对载荷响应的综合相关性最低且最能表征结构所受载荷的特征应变监测点，用于应变传感器组网优化设计，极大地减少冗余监测点，从而优化应变传感器监测网络的传感器数量及位置。
[0009]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种基于广义相关系数的特征应变监测点优化选取方法，包括如下步骤：
[0011]第一步：首先根据仿真或真实试验或工程经验在飞机待监测结构上布(p个原始监测点，假设最终需要q个监测点，则需要满足p比q大10个以上数量级；
[0012]第二步：利用有限元仿真软件对飞机待监测结构进行仿真试验，确定基本特征工况，并对飞机待监测结构施加基本特征工况，得到每种基本特征工况下各原始监测点的应变值；
[0013]第三步：将各原始监测点的应变值进行归一化处理，每个原始监测点得到一个应变向量；
[0014]第四步：将每种基本特征工况下应变值最大的原始监测点作为该工况下第1特征应变监测点；
[0015]第五步：计算剩余监测点与已选的特征应变监测点之间的广义相关系数，以广义相关系数最小值作为新选取的特征应变监测点；
[0016]第六步：当新选取的特征应变监测点与已选的特征应变监测点皮尔逊相关系数超过给定阈值，舍弃该新选取的特征应变监测点，并停止对应工况下特征应变监测点的选取。
[0017]第七步：合并不同基本特征工况下的特征应变监测点，得到最终的结构特征应变监测点。
[0018]优选地，所述飞机待监测结构的基本特征工况的数量不小于3个。
[0019]所述归一化处理方式是将每种基本特征工况下所有原始应变监测点中最大应变值设置为100的倍数值，优选地设置为1000微应变，该工况下其余原始应变监测点的应变值按比例进行放缩。
[0020]每个原始监测点所构建的应变向量的维数与基本特征工况数量相同，向量元素为该监测点在基本特征工况下的应变响应的归一化处理结果。
[0021]每种基本特征工况下均设置一个第1特征应变监测点。
[0022]所述广义相关系数是剩余监测点的应变向量与前面所有已选取的特征应变监测点的应变向量的皮尔逊相关系数的平方的平均值。
[0023]利用阈值s来控制优化选取得到的特征应变监测点的数量，所述阈值s根据结构复
杂程度进行设定，优选地设为0.98。
[0024]和现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025](1)本专利技术方法监测的是飞机结构上的应变数据，飞机结构的应变响应是飞机所受载荷直接引起的，具有更加直接的映射关系。
[0026](2)本专利技术方法选取的应变监测点之间的综合相关性很小，可以有效减少大量冗余的数据，相同结构载荷反演精度情况下需要的传感器数量远远小于传统布置方法。
附图说明
[0027]图1是基于广义相关系数的特征应变监测点优化选取流程图。
[0028]图2是机翼盒段模型上原始监测点的分布图。
[0029]图3是机翼盒段上特征应变监测点分布图(小方块)。
[0030]图4是机翼形状铝合金板上原始监测点分布图。
[0031]图5是机翼形状铝合金板上特征应变监测点分布图(圆圈)。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于广义相关系数的特征应变监测点优化选取方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步：首先根据仿真或真实试验或工程经验在飞机待监测结构上布置p个原始监测点，假设最终需要q个监测点，则需要满足p比q大10个以上数量级；第二步：利用有限元仿真软件对飞机待监测结构进行仿真试验，确定基本特征工况，并对飞机待监测结构施加基本特征工况，得到每种基本特征工况下各原始监测点的应变值；第三步：将各原始监测点的应变值进行归一化处理，每个原始监测点得到一个应变向量；第四步：将每种基本特征工况下应变值最大的原始监测点作为该工况下第1特征应变监测点；第五步：计算剩余监测点与已选的特征应变监测点之间的广义相关系数，以广义相关系数最小值作为新选取的特征应变监测点；第六步：当新选取的特征应变监测点与已选的特征应变监测点皮尔逊相关系数超过给定阈值，舍弃该新选取的特征应变监测点，并停止对应工况下特征应变监测点的选取。第七步：合并不同基本特征工况下的特征应变监测点，得到最终的结构特征应变监测点。2.根据权利要求1所述的一种基于广义相关系数的特征应变监测点优化选取方法，其特征在于：所述飞机待监测结构的基本特征工况的数量不小于3个。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘马宝，滕月，何宇廷，宁宇，彭航，张彦军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：