[发明专利]一种基于分布式光纤测量的蜂窝夹层结构损伤模型修正方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式光纤测量的蜂窝夹层结构损伤模型修正方法，包括步骤：采用分布式光纤传感器对蜂窝夹层结构内部胶层进行应变监测；通过基准应变计算、二维插值映射、阈值设定、区域扩展等算法，利用分布式光纤采集到的高密度应变完成蜂窝夹层结构脱粘损伤区域的初步判定；通过在损伤判定区域进行滑窗扫描的方式进行参数化建模，建立含损模型数据阵列；将模型数据与光纤实测数据进行相关性计算，得到与真实结构状态最接近的模型参数，将该模型参数下的有限元模型作为修正后的模型。通过本发明的方法得到的有限元模型能准确反映实体结构状态，且可利用修正后的有限元模型对蜂窝夹层结构进行性能评估和寿命预测等，以指导实际工程应用。

技术领域

本发明涉及蜂窝夹层板结构健康监测技术领域，具体涉及一种基于分布式光纤测量的蜂窝夹层结构损伤模型修正方法。

背景技术

在高速飞行器制造技术领域，由蜂窝夹层结构与隔热瓦组成的外防热(隔热瓦)+内承载(蜂窝夹层)复合结构具有轻质、承载性能好、隔热效率高等优点。然而，飞行器升空后的服役情况非常复杂，飞行环境恶劣，结构可能受到设计考虑之外的异常载荷考验。因此，探索和发展适用于该复合结构的健康监测手段可有效保障飞行器服役安全。结构数字孪生模型为结构健康监测提供了全新范式，依托先进传感器网络建立结构实体与数字镜像的信息交互通道，通过孪生模型可迅速、全面地感知结构服役与健康状态，实现对结构状态、损伤等参量的定量化分析以及结构状态的同步演化与性能预测。数字孪生模型需要具备随结构服役过程中的实体状态变化(如刚度衰减、损伤扩展等)的模型参数更新能力，以此实时镜像实体结构的状态演变。为实现该目标，目前采取的主要技术手段是对模型进行修正，即将结构运行过程中的变化情况及时写入模型进行修正，使模型能更好的反映结构当前状态，为后续的分析与预测提供基础。

现有模型修正技术通常基于结构振动信号(如频率、振型等)，但由蜂窝夹层板与热防护相结合的蜂窝夹层综合结构具有多层复合的结构特性和交变温度的工作环境，容易发生脱粘损伤，现有的结构振动信号不能全面反映蜂窝夹层结构的脱粘损伤信息。因此，为进一步推进蜂窝夹层结构的健康监测，我们利用分布式光纤传感器进行高密度信号测量，将分布式光纤传感器得到的脱粘损伤信息与数字孪生技术结合，并基于分布式光纤测量对蜂窝夹层结构脱粘损伤进行损伤识别及模型修正。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于分布式光纤测量的蜂窝夹层结构损伤模型修正方法，对分布式光纤获取的高密度应变信号进行平滑、映射、阈值设定等操作进行损伤判定并构建有限元模型，利用有限元模型的模拟数据去逼近实测数据，从而使有限元模型能准确反映实体结构状态，为后续的分析与预测提供基础。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于分布式光纤测量的蜂窝夹层结构损伤模型修正方法，包括如下步骤：

(1)在蜂窝夹层结构的胶层中埋入分布式光纤传感器阵列，并对光纤接口部分进行封装保护，形成具有自感知能力的智能蜂窝夹层结构；

(2)利用有限元软件，根据步骤(1)的智能蜂窝夹层结构建立理想状态下的有限元模型，即无损健康有限元模型；

(3)对智能蜂窝夹层结构进行准静态加载，采用分布式光纤传感器对智能蜂窝夹层结构进行高密度应变监测，得到实测应变数据ε^measured；所述实测应变数据为分布式光纤传感器所测量的数据，即沿着光纤路径均匀分布的多个测点所测量的应变数据，对所测量的实测应变数据进行低阶拟合，得到基准应变数据ε^baseline；

(4)将步骤(3)得到的实测应变数据及基准应变数据进行二维映射，得到实测数据的二维应变分布及基准应变数据的二维应变场分布/

(5)基于步骤(4)得到的基准应变数据的二维应变场分布及实测应变数据的二维应变分布/构建损伤因子DI；

(6)根据损伤因子DI值，采用阈值设定方法划定损伤识别区域DIZ，并使真实损伤包含在DIZ中；