基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统及方法，属于板壳结构监测技术领域。所述系统包括：用于测量板壳结构应变值的传感器、数据处理器、计算机。所述方法首先建立加载点坐标与对应应变极值坐标的映射关系；接着沿板壳结构边缘均匀布局传感器，测量待判位加载点对应应变极值坐标；然后需找距离待判位加载点对应应变极值坐标最小的样本加载节点；最后根据反距离加权差值法计算得到待判位加载点坐标。本发明专利技术所述系统具有结构简单，传感器布局简单的优点。本发明专利技术所述方法通过采集应变极值坐标，简化了加载点判位方法；对不同材料参数的结构具有通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了，属于板壳结构监测

技术介绍
板壳类结构是飞机中一种重要的典型结构，南京航空航天大学陆观等人的研究成果显示，传感网络信号的有效性和传感网络覆盖位置的正确性依赖于传感网络敏感区的分布，首先需要对整体的结构状态特征进行分析，采用与结构相匹配的算法，优化得到传感器的分布。此外，针对传感器分布常用的构建方法包括有效独立、Guvan模型缩减法。有效独立法从所有可能测点出发，利用复模态矩阵的幂等型，计算有效独立向量，按照目标模态矩阵独立性排序，删除对其秩贡献最小的自由度，从而优化Fisher信息阵而使感兴趣的模态向量尽可能保持线性无关。Guyan模型缩减法也是一种常用的测点选择方法，通过刚度(静力缩减)或质量(动力缩减)子矩阵构成的转换矩阵，可以把那些对模态反应起主要作用的自由度保留下来作为测点的位置。以上传感器分布方法都要对结构整体先进行分析研究，在此基础上优化得到传感器的分布，确定实验系统。飞机在工作环境中由于承受多各种形式载荷共同作用，板壳类结构会产生不可以预见的损伤。由于飞行任务模式中强过载和加载形式日趋复杂化，容易造成结构强度失效，如复合材料板会造成板结构内部纤维断裂，金属结构会造成局部屈服变形，使得飞机典型承载部件如机体、机翼力学性能大幅下降，直接危及飞行安全。因此必须及时获取载荷加载信息，从而为结构健康状态准确评估和视情维修提供可靠依据。结构损伤识别的方法主要有模式匹配法、敏感因子法、模型修正法和参数识别法。由于基于结构静力响应的损伤识别具有稳定性高、数据处理简单的优点，使得目前针对结构静力响应特性的研究逐渐增加。传统板壳结构载荷加载点判位方法对传感器布置缺少统一的布置规则，因此采用不同布置方法时，传感器测量到的应变/应力数值也不相同。，因此需要以从实际目标结构获取基于样本加载节点的先验结构响应数据作为静载判位的参考基准，根据先验数据布局传感器，这在一定程度上使得判位方法只适用于特定结构，对不同形状的结构需要重新设计传感器测点位置，并再次获取先验数据。随着实际监测场合和承载形式日趋复杂多变，不仅难以直接获取这些实测数据，而且还会使得相关传感器网络配置形式难以确定。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，提供了。本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统，包括用于测量板壳结构应变值的传感器、数据处理器、计算机；其中，所述数据处理器输入端与用于测量板桥结构应变值的传感器，输出端与计算机连接。所述基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统中，用于测量板壳结构应变值的传感器为光纤布拉格光栅传感器，所述数据处理器为光栅解调仪。所述基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统中，计算机中安装有MATLAB软件，通过MATLAB的定位程序对数据处理器的输出值进行处理。基于约束边应变极值坐标的载荷辨识方法，使用权利要求1或2或3所述的利用约束边应变极值坐标判定载荷加载点的系统实现，具体包括如下步骤步骤1，以板壳结构上的一点为原点建立二维坐标系，建立加载点坐标与对应应变极值坐标的映射关系；步骤2，在所述板壳结构上布局用于测量板壳结构应变值的传感器沿板壳结构约束边均匀布置传感器，所述传感器粘贴方向与约束边垂直；步骤3，对加载点加载载荷，根据按照步骤2所述方式布局的传感器的响应数据，对步骤I确定的映射关系反演得到加载点目标。所述基于约束边应变极值坐标的载荷辨识方法中，步骤I中建立载荷加载点坐标与应变极值坐标的映射关系的具体方法如下步骤A,在板壳结构上取η个样本加载节点,在第k个样本加载节点上加载载荷,利用有限元仿真方法得到第k个样本加载节点对应的应变极值坐标；其中，η为自然数，k为小于η的自然数；步骤B，构建由每个样本加载节点坐标及其相应应变极值坐标组成的矩阵，并建立样本加载节点坐标及其 相应应变极值坐标间映射关系。所述基于约束边应变极值坐标的载荷辨识方法中，步骤3的具体实施方式如下步骤a，对待判位加载点加载载荷，记录传感器的响应数据，根据传感器响应数据得到待判位加载点的应变极值坐标；步骤b，寻找距离待判位加载点对应应变极值坐标最近的i个样本加载节点对应应变极值坐标，计算待判位加载点对应应变极值坐标与i个样本加载节点对应应变极值坐标的距离φ，i为小于η的自然数；步骤C，利用步骤a所述的i个样本加载节点对应应变极值坐标，反演步骤I得到的影射关系，得到i个样本加载节点加载坐标(Xi，yi);利用反距离加权插值法确定待判位加载点坐标(Xo, y0)。本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果本专利技术所述系统具有结构简单，传感器布局简单的优点。本专利技术所述方法通过采集应变极值坐标，简化了加载点判位方法；对不同材料参数的结构具有通用性。附图说明图1是板结构应变坐标与加载坐标示意图。图2是本专利技术判位流程图。图3是本专利技术方法静载识别系统构成示意图。图4是反距离加权法示意图。图5是各向同性铝合金四边固支板加载后约束边y方向应变图。图6是各向异性复合材料碳纤维四边固支板加载后约束边y方向应变图。图7是各向同性铝合金四边固支板不同泊松比对应的X方向应变坐标。图8是各向同性招合金四边固支板不同弹性模量对应的X方向应变坐标。图9是各向异性复合材料碳纤维四边固支板不同泊松比对应的X方向应变坐标。图10是各向异性复合材料碳纤维四边固支板不同弹性模量对应的X方向应变坐标。具体实施例方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明如图3所示，包括FBG (FiberBragg Grating,光纤布拉格光栅)传感器、Si425光栅解调仪、计算机。Si425光栅解调仪输入端与用于测量板桥结构应变值的传感器，输出端与计算机连接。Si425光栅解调仪将FBG (Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)传感器测得的应变值转换为板壳结构应变极值坐标。根据光栅解调仪分析得到的应力极值坐标，在MATLAB编写计算加载点位置坐标的程序，利用程序计算得到加载点位置坐标。如图1所示，载荷实际加载点为图中(X，y)处，称为加载坐标。a为加载后，板AB边负应变极值处对应的X方向坐标，但实际测量时，传感器无法布置在约束边上，因此以图中EF线上应变数值代替AB边应变数值作为实际测量数据。同理，b表示AD边负应变极值处的y方向坐标。由此可组合构成新的坐标(a，b)，该坐标表示加载点(X，y)所对应的应变极值坐标。如图2所示，对各向同性铝合金四边固支板(试件长X宽X厚为1200X 1200X2mm)以及各向 异性复合材料碳纤维四边固支板(试件长X宽X厚为540X540X2. 54mm)辨识载荷点，包括如下步骤步骤1，以板壳结构上的A点为原点建立二维坐标系，建立加载点坐标与对应应变极值坐标的映射关系f ;建立载荷加载点坐标与应变极值坐标的映射关系f的具体方法如下步骤A,在板壳结构上取η个样本加载节点,在第k个样本加载节点上加载载荷,利用有限元仿真方法得到第k个样本加载节点对应的应变极值坐标(ak，bk);其中，η为自然数，k为小于η的自然数；步骤B，构建由每个样本加载节点坐标及其相应应变极值坐标组成的矩阵，并通过矩阵运算建立样本加载节点坐标及其相应应变极值坐标间映射关系f (ak, bk) =f (x本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统，其特征在于包括：用于测量板壳结构应变值的传感器、数据处理器、计算机；其中，所述数据处理器输入端与用于测量板桥结构应变值的传感器，输出端与计算机连接。

【技术特征摘要】
1.基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统，其特征在于包括用于测量板壳结构应变值的传感器、数据处理器、计算机；其中，所述数据处理器输入端与用于测量板桥结构应变值的传感器，输出端与计算机连接。2.根据权利要求1所述的基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统，其特征在于所述用于测量板壳结构应变值的传感器为光纤布拉格光栅传感器，所述数据处理器为光栅解调仪。3.根据权利要求1或2所述的基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统，其特征在于计算机中安装有MATLAB软件，通过MATLAB的定位程序对数据处理器的输出值进行处理。4.基于约束边应变极值坐标的载荷辨识方法，其特征在于使用权利要求1或2或3所述的利用约束边应变极值坐标判定载荷加载点的系统实现，具体包括如下步骤 步骤1，以板壳结构上的一点为原点建立二维坐标系，建立加载点坐标与对应应变极值坐标的映射关系； 步骤2，在所述板壳结构上布局用于测量板壳结构应变值的传感器沿板壳结构约束边均匀布置传感器，所述传感器粘贴方向与约束边垂直； 步骤3，对加载点加载载荷，根据按照步骤2所述方式布局的传感器的响应数据，对步骤I确定的映射关系反演得到加载点目标。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾捷，穆昊，李继峰，周雅斌，张倩昀，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：