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飞机起落架300M钢材料典型结构的健康监测研究

叶婷  
【摘要】:起落架是飞机重要的主承力构件,直接关系飞机的起降安全。结构健康监测是监测设备状态和诊断故障的基础,随着当前对航空航天、大型基础设施安全性的关注,该技术日益受到人们的重视。本文针对起落架300M钢材料的典型结构-钢板、钢管分别进行了健康监测研究,对钢板Lamb波和钢管导波的传播特性进行仿真分析,并对基于压电监测的损伤结构进行了机电耦合分析。根据监测需要开发了一套主动健康监测系统,利用压电激励/传感诊断技术和监测设备,对起落架300M钢材料板、管结构损伤的在线监测、图像辨识和预测定位进行了试验研究。针对飞机起落架结构振动疲劳健康监测中振动、冲击等物理量的监测要求,研制了一种新型光纤Bragg光栅振动传感器。本文主要研究工作包括以下几个方面: 一、利用有限元数值分析软件研究了绘制钢板Lamb波、钢管导波频散曲线的方法,对基于压电监测的损伤结构进行了机电耦合分析,随后对粘贴有压电片钢板损伤前后的振型进行了观察并仿真了不同工况对钢管中导波传播的影响。 二、根据研究内容和实验室条件,设计了研究方案并搭建了实验系统。利用压电陶瓷(PZT)片分别作为激励端和响应端进行试验,对损伤前后的响应波形进行处理比较并找出相应的变化规律。本文以信号小波包能量谱分解提取的特征向量为参数,构建了损伤指数。 三、采用损伤图像重建算法,通过每一组激励/传感对的信号变化影响的线性总和来表达图像中损伤分布的概率,不仅直观检测出损伤的发生、位置、范围、程度等信息,还有望实现对多个损伤的监测。采用阈值化处理,定量估计出损伤的范围,清晰的反映了损伤程度。实验验证结果和实际情况基本符合。 四、采用支持向量回归机(LS_SVM)算法对钢管试件进行了损伤位置检测。在钢管试件表面不同位置分别进行加载试验,利用各传感器响应信号构建了损伤指数,并提供训练样本及测试样本,最后运用LS_SVM回归法预测出损伤的位置。 五、针对起落架振动测试的要求,研制了一种基于弓形梁增敏结构的光纤Bragg光栅振动传感器,并构建了相应的检测系统对传感器性能进行了测试和标定。实验结果表明:该高灵敏度传感器适用于飞机起落架结构振动疲劳健康监测中振动、冲击等物理量的监测。


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