[发明专利]一种用于载荷分布反演的应变测量位置优选方法

说明书

本发明属于飞机结构健康监控和载荷谱实测技术领域，涉及一种用于载荷分布反演的应变测量位置优选方法；本发明采用最大垂直距离逐步筛选基向量法，依次从设计载荷工况库中筛选载荷基工况、从候选应变集中筛选基应变以及从设计载荷工况库中筛选应变基工况，结合最大行列式准则，提出了一套完整的用于载荷分布反演的应变测量位置优选方法，可最大限度地提高载荷分布反演的精度和鲁棒性，解决了在应变测点数量有限的情况下优选应变测量位置的难题。

技术领域

本发明属于飞机结构健康监控和载荷谱实测技术领域，涉及一种用于载荷分布反演的应变测量位置优选方法。

背景技术

结构健康监控的一项关键技术是准确地测量与监控结构在飞行中所承受的载荷分布、应力场等信息，在结构表面布置载荷传感器来直接测量载荷分布是不现实的，常用的方法是采用应变测量对载荷进行反演(也称反推)，这是一个根据结构响应推测结构载荷输入的逆向问题。

相比传统的基于应变电桥的部件载荷标定(如机翼根部弯矩/剪力/扭矩)，载荷分布反演需在结构全局更多的位置测量应变，以获取整个结构足够广泛且稳定可靠的应变分布数据。

在基于应变测量的载荷分布反演方法中，最为广泛应用的是影响系数法，该法基于线弹性假设，认为由不同载荷工况下结构响应分布(如位移场、应力场、应变场等)的线性组合可以映射到结构载荷分布的线性组合。

影响系数法构建如下线性矩阵方程：

{ε_g×1}＝[A_g×m]{β_m×1} (1)

{f_n×1}＝[P_n×m]{β_m×1} (2)

其中，{·}为列向量，[·]为矩阵，{ε}为未知载荷工况下的应变分布，{f}为未知载荷工况下的载荷分布，[P]为基载荷工况下的载荷分布矩阵，[A]为基载荷工况下的应变分布矩阵(称为影响系数矩阵)，{β}为线性系数，g表示应变测点数量，m表示基载荷工况数量，n表示载荷加载点数量。

根据影响系数法，给定任意载荷工况下的应变分布{ε}，先通过公式(1)计算{β}，再将{β}代入公式(2)，便可获取任意载荷工况下的载荷分布{f}。

影响载荷分布反演精度的一个关键问题是应变测点数量和位置的选取，它决定了影响系数矩阵[A]。在实际应用中，目标结构可允许布置的应变测点数量通常是有限的，如何在应变测点数量有限的情况下对应变测量位置进行优选，以最大限度地提高载荷分布反演的精度和鲁棒性，是工程上亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的：

本发明主要研究在应变测点数量有限的情况下应变测量位置的优选方法，以最大限度地提高载荷分布反演的精度和鲁棒性。

本发明的技术方案：

一种用于载荷分布反演的应变测量位置优选方法，其特征在于，首先将目标结构上可允许布置的所有应变测量位置组成候选应变集，候选应变测点应尽量分散，且对重点关注的加载区域有较大的响应；将飞机在设计阶段所预期的所有载荷工况组成设计载荷工况库，每个载荷工况有对应的结构载荷分布和应变分布；具体步骤如下：

步骤a)：根据设计载荷工况库构建载荷分布矩阵[P_n,M]＝({f₁},{f₂},...,{f_M})，{f_i}表示每个载荷工况下的载荷分布列向量，采用最大垂直距离逐步筛选载荷基工况法，依次从M个设计载荷工况中筛选出m_f个载荷基工况，所有载荷工况均可用这组基工况线性表示；