[发明专利]一种降低应变场重构误差的传感器测点优化方法

说明书

本发明涉及一种结构应变类传感器测点优化方法，特别涉及一种降低应变场重构误差的传感器测点优化方法，利用光纤光栅传感器的布设优势，克服现有技术的不足，可基于模态叠加思想的应变场重构方法来实现结构的应变场重构，实现步骤如下：步骤(1)、首先建立实际结构的有限元模型，对建立的有限元模型进行模型修正，保证建立的有限元模型具有满足要求的精度；步骤(2)、选定应变场重构需要进行的模态阶次，针对修正好的有限元模型，提取结构的有限元模型的应变模态矩阵；步骤(3)、构建局部应变测量信息和整体应变场之间的函数关系，如下所示：{ε_all}＝[T]{ε_loc}其中，[T]为转换矩阵，{ε_all}为应变场向量，{ε_loc}为局部测点矩阵。

技术领域

本发明涉及一种结构应变类传感器测点优化方法，特别涉及一种降低应变场重构误差的传感器测点优化方法。

背景技术

飞行器在长期服役过程中不可避免地受到疲劳、腐蚀、意外冲击等影响，从而使得结构内部产生损伤。关键部位的应变或位移是评估航空航天飞行器结构健康状态的重要依据。当结构主传力路径上应变超过许用值时，结构安全状态将会受到威胁。因此对关键部位进行应变进行实时监测是结构安全状态评估的重要手段。光纤光栅传感器具有质量轻、抗电磁干扰等优点，导致基于FBG传感器的结构健康监测技术一直是科学界和工程界的研究热点。

飞行器结构朝着大型化和复杂化的方向发展，因此飞行器结构的自由度更大。而实际上能够布置在飞行器结构上的传感器由于受到经济、工艺上的约束而十分有限，因此通过少量传感器来对整个结构应变场进行求解成为一种主要的监测手段。目前通过局部应变信息进行应变场重构的方法主要集中在插值方法上，但是插值方法没有有效利用结构本身的力学性能，在远离插值点的位置识别结果精度不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种降低应变场重构误差的传感器测点优化方法，利用光纤光栅传感器的布设优势，克服现有技术的不足，可基于模态叠加思想的应变场重构方法来实现结构的应变场重构。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种降低应变场重构误差的传感器测点优化方法，实现步骤如下：

步骤(1)、首先建立实际结构的有限元模型，对建立的有限元模型进行模型修正，保证建立的有限元模型具有满足要求的精度；

步骤(2)、选定应变场重构需要进行的模态阶次，针对修正好的有限元模型，提取结构的有限元模型的应变模态矩阵；

步骤(3)、构建局部应变测量信息和整体应变场之间的函数关系，如下所示：

{ε_all}＝[T]{ε_loc}

其中，[T]为转换矩阵，{ε_all}为应变场向量，{ε_loc}为局部测点矩阵；

步骤(4)、利用不确定性定量化技术确定应变测点的应变测量误差统计参数；

步骤(5)、建立应变测点误差和应变场重构协方差矩阵之间的映射关系：

其中[Cov(Δε_all,Δε_all)]代表应变场的协方差矩阵，代表应变场元素和局部测点元素之间的灵敏度矩阵，其中的元素对应[T]矩阵中的元素，[Cov(ε_loc,ε_loc)]代表局部应变测点的应变测量协方差矩阵；

步骤(6)、提取步骤(5)中应变场协方差矩阵对角线元素作为应变场重构的标准差向量σ，构建传感器优化模型中的目标函数指标 -标准差范数||σ||；

步骤(7)、挑选应变场重构的关键工况；