【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于结构力学疲劳寿命预测领域，具体涉及用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法。
技术介绍
1、在飞行器的使用过程中，反复加载会导致结构出现疲劳损伤，从而产生疲劳裂纹，如果不及时发现并修复这些裂纹，会对飞行器的安全造成严重威胁。因此，研究飞行器的疲劳寿命及其实时检测方法，可以保障飞行器在使用寿命内的安全性和可靠性。另外，通过疲劳寿命研究，还能够减少飞行器的维修成本和停机时间，提高飞行器的使用效率，具有重要的经济意义。
2、受到材料、加工工艺、实际飞行情况的影响，飞机结构的疲劳寿命存在着分散性，针对机群平均寿命的传统机群管理思想逐渐暴露出诸多缺点，单机寿命管理思想应运而生，成为了现代飞机寿命管理的主要发展方向。
3、当前国际上应用最广泛的、技术较为成熟的单机寿命管理思想是基于应变/载荷的单机寿命监控。该思想通过对每架飞机在服役过程中结构危险部位的应变进行连续的测量和跟踪，得到每架飞机的真实应变历程数据，再通过有效的单机跟踪分析方法和结构的载荷反演，实时评估每架服役飞机关键结构的损伤状态，据此确定每架飞机各关键部位的检修间隔及其使用寿命。
4、在实际工作中，由于结构危险部位附近的测点位置并不是唯一确定的，应变监测的疲劳试验往往会选择多个测点获得多通道应变数据。由于缺乏成熟、完整的数据集成处理方法，实际中多选取多个最能直接反应危险区应变场变化或最符合选取原则的测点位置的应变数据进行载荷反演，但这种方法不能很好地利用多通道应变监测数据，且可靠性较低，在应变传感器出现故障失效后，寿命预测精
5、常用的多通道数据集成方法有：均值法、投票法、学习结合法。后两种方法需要数据量较大，方法复杂；传统的均值法使用拉格朗日乘子来确定最优权值，计算过程可能会出现病态矩阵，导致计算困难。
6、如何量化评估应变传感器的贴片误差，将多通道应变监测数据进行融合处理，同时采用新的简单准确的权值计算方法，共同用于载荷反演并进一步预测结构疲劳寿命，是目前基于应变检测的疲劳寿命预测领域的研究难点。
技术实现思路
1、为了解决使用传统应变监测方法处理多通道应变数据时，无法同时集成所有测点应变数据，且可靠度低、精确度低的问题，本专利技术提供了用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，包括以下步骤：
3、步骤1：建立结构有限元模型，确定危险截面及应变测点，应变测点为:p1,p2,…,pn，n≥2，其中应变测点位置最大应变低于所用应变片的最大量程，单位载荷下平均应变梯度小于0.5με/(kn·mm)(微应变每千牛毫米)；
4、步骤2：分析计算测点应变与名义应力之间关系：
5、σnom＝kiεi+bi
6、其中，σnom为试验结构件危险区域名义应力，εi为第i个测点处的应变值，ki和bi均为表征每个测点应变与名义应力之间线性关系的系数；
7、步骤3：考虑应变片贴片误差，包括以下子步骤：
8、步骤3.1：以试件表面测点位置为原点，定义需要测量的应变分量方向为x轴，与其垂直方向为y轴，粘贴应变片时在两个方向上的位置偏差xi和yi独立同分布，贴片位置偏差(xi，yi)视作服从二维正态分布，其概率密度函数为：
9、
10、式中，均值μ1＝μ2＝0mm，相关系数r＝0，方差σ由大量的实际布置传感器位置统计获得，如无统计数据，则取对应类型传感器所允许的最大贴片位置误差值的三分之一；
11、应变片粘贴的角度误差αi也服从一维正态分布，其概率密度函数为：
12、
13、式中，均值μ3＝0°，方差σ由大量的实际布置传感器位置统计获得，如无统计数据，则取对应类型传感器所允许的最大贴片位置误差值的三分之一；
14、步骤4：计算第i个应变测点的理论预测寿命和实际预测寿命，从而得到第i个应变测点的权值，进一步计算得到每个应变测点的权值
15、步骤5：基于加权平均法，集成多通道应变历程数据：将各测点应变数据ε1,ε2,…,εn进行归一化处理得到集成后的应变ε：
16、
17、建立集成应变ε与危险截面名义应力σnom之间的关系：
18、σnom＝kε+b (4)
19、步骤6：对疲劳寿命进行预测,包括以下步骤：
20、步骤6.1：开展疲劳试验，获得应变历程数据：在步骤1中确定的n个应变测点位置粘贴应变片，开展疲劳试验，实时采集各测点位置应变数据历程ε1,ε2,…,εn；
21、步骤6.2：集成应变数据，进行载荷反演：
22、步骤6.3：疲劳寿命预测：基于危险截面名义应力历程σnom，结合s-n曲线，预测该结构的疲劳寿命n。
23、进一步的，所述步骤4中，包括以下子步骤：
24、步骤4.1：计算第i个应变测点的理论预测寿命ni；
25、步骤4.2：计算第i个应变测点的实际预测寿命n′i；
26、步骤4.3：计算第i个应变测点寿命预测误差并取绝对值：
27、δni＝|ni-n′i|
28、步骤4.4：计算第i个应变测点的权值。
29、重复步骤4.1-4.3，得到n个应变测点对应的寿命预测误差δn1,δn2,…,δnn,则第i个点的权值wi的计算公式为：
30、
31、步骤4.5：确定第i个应变测点的权值：将上述步骤4.1-4.4重复k次，并记录下每次计算得到的权值的平均值再次重复步骤4.1-4.4得到第k+1次计算得到的权值wk+1；判断该权值与平均值之间的误差是否收敛至1×10-3以下，如收敛，则取平均值为该点最终权值；如不收敛，则重复进行k+2、k+3、…、k+n次计算，直至误差符合要求；
32、步骤4.6：计算每个应变测点的权值：重复步骤4.1-4.5，计算得到n个应变测点的权值
33、进一步的，所述步骤1中，有限元模型根据其几何尺寸、材料属性、边界条件及加载形式建立；通过有限元计算得到结构应变场，确定危险截面。
34、进一步的，所述步骤2中，ki和bi能够通过最小二乘法拟合计算得出。
35、进一步的，所述步骤6.2中，包括以下子步骤：
36、步骤6.2.1：基于4.6中得到的各测点权值，使用式(7)进行应变集成，使用式(8)进行载荷反演得到危险截面名义应力历程σnom；如测点数据失效，则重新计算权值，重新进行应变集成；
37、步骤6.2.2：实际疲劳试验中若出现某一测点应变片失效或某一通道出现异常数据以致无法使用，则舍弃该通道数据后本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，所述步骤4中，包括以下子步骤：
3.如权利要求1所述的用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，所述步骤1中，有限元模型根据其几何尺寸、材料属性、边界条件及加载形式建立；通过有限元计算得到结构应变场，确定危险截面。
4.如权利要求1所述的用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，所述步骤2中，ki和bi能够通过最小二乘法拟合计算得出。
5.如权利要求1所述的用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，所述步骤6.2中，包括以下子步骤：
【技术特征摘要】
1.用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，所述步骤4中，包括以下子步骤：
3.如权利要求1所述的用于金属结构寿命监控的多通道应变数据处理方法，其特征在于，所述步骤1中，有限元模型根据其几何尺寸、材料属性、边...
【专利技术属性】
技术研发人员：李彪，漆昕，张亚宁，刘慧，李亚智，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。