[发明专利]一种主被动结合的复合材料损伤定量辨识方法

说明书

本发明公开了一种主被动结合的复合材料损伤定量辨识方法，首先基于未损伤结构，通过几何、质量、静力特性、动响应等测量信息，构建结构虚拟数值模型，并测量相应的基础信号；其次，针对受损结构，利用压电式传感器的主动激励信号，采用时间反转成像方法，对损伤发生位置进行判断；最后，对发生损伤的位置，基于损伤力学，构建基于刚度折减的损伤变量，利用被动式的静力响应与动响应信号进行损伤定量化识别。基于此，可为复合材料损伤进行定量化辨识，得到的辨识结果可以更准确的反应结构剩余力学性能，为后续结构的控制策略以及维修策略提供指导。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种主被动结合的复合材料损伤定量辨识方法。

背景技术

在航空航天工程中，由于诸如空天往返飞行器、新一代战斗机等先进飞行器由于其长航时、轻量化、大过载、宽马赫、多任务剖面、强鲁棒及高可靠性等工作环境提出的设计要求，高比强度、高比刚度的复合材料被广泛应用。然而先进飞行器在长期服役过程中不可避免地受到疲劳、大过载、撞击等不安全因素影响，使得复合材料机体结构受到损伤破坏。

为了降低损伤破坏引起的进一步损失，保障先进飞行器的结构安全性能，需要对结构健康状态进行检测或实时监测。传统无损检测方法存在设备以及使用环境的限制，检测周期长且要求设备停机；基于波动理论的主动监测方法只能做到损伤位置的估计，对于损伤程度无法进一步判断；基于振动理论的监测方法面临损伤变量多，问题不适定性强的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术损伤程度无法判断、不适定性强的不足，提供一种主被动结合的复合材料损伤定量辨识方法，综合采用基于波动理论的主动监测方法与基于静力响应和振动理论的被动式监测方法，综合使用压电片传感器与电阻式应变传感器等多种传感器，对复合材料损伤进行定量化辨识，得到的辨识结果可以更准确的反应结构剩余力学性能，为后续结构的控制策略以及维修策略提供指导。

本发明采用的技术方案为：一种主被动结合的复合材料损伤定量辨识方法，该方法的实施步骤如下：

第一步：建立复合材料识别对象未发生损伤状态下的损伤识别基础数值模型，对识别对象通过几何形状测量建立所述损伤识别基础数值模型的几何形状，对识别对象通过重量测量确定所述损伤识别基础数值模型的材料密度，对识别对象通过静载试验的应力响应测量修正所述损伤识别基础数值模型的材料刚度，对识别对象通过动响应试验的固有频率测量修正所述数值模型结构加载的边界刚度；

第二步：在识别对象上布置压电传感器与电阻式应变传感器，所述压电传感器为主动传感器布置满足在监测区域均匀分布，对可能发生损伤的区域进行包围；所述电阻式应变传感器为被动传感器，在每个可能发生损伤的区域，布置电阻式应变传感器，对于由应力集中或大载荷引起的发生损伤可能性大的区域额外布置电阻式应变传感器；

第三步：采用第二步布置的压电传感器与电阻式应变传感器测量未发生损伤状态下的基础信号，所述基础信号包括无载荷状态下的结构Lamb波(即兰姆波)激励产生的压电传感器信号、额定载荷状态下结构Lamb波激励产生的压电传感信号、额定载荷状态下结构应变传感器信号和力锤敲击作用下激励的自由振动应变传感器动态响应信号；

第四步：采用第二步布置的压电传感器测量损伤发生后的主动激励信号，所述主动激励包括损伤发生后的无载荷状态下的结构Lamb波激励产生的压电传感器信号及损伤产生后的额定载荷状态下的结构Lamb波激励产生的压电传感器信号；

第五步：采用第二步布置的电阻式应变传感器测量损伤发生后的结构静响应信号与动响应信号，具体指损伤发生后结构在额定载荷状态下的静响应应变传感器信号以及力锤敲击激励下的自由振动应变传感器信号；

第六步：基于第三步测量得到的基础信号以及第四步测量得到的主动激励信号，采用时间反演聚焦成像方法，确定识别对象的损伤位置；