[发明专利]基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统及方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于约束边应变极值坐标的载荷辨识系统及方法。

本发明为实现上述发明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1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1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n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，n为自然数，k为小于n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；