[发明专利]飞机复合材料关键结构回环型测点优化布局应变实时监测方法

说明书

本发明提供了一种飞机复合材料关键结构回环型测点优化布局应变实时监测方法，属于飞机关键结构薄弱部位监测技术领域。通过布置在飞机关键结构件表面的薄膜传感器监测飞机在服役过程中疲劳状态，同时基于传感器得到的各测点输出数据对预测位置的疲劳状态进行预测，实现对飞机关键结构部位寿命的实时监测，防止飞机关键部件薄弱位置发生疲劳破坏，确保飞机整体设备安全可靠的工作。

技术领域

本发明提供了一种飞机复合材料关键结构回环型测点优化布局应变实时监测方法，具体涉及一种飞机服役结构薄弱位置智能监测系统布局方法，能够有效实现飞机结构件应变的实时监测，属于飞机结构件表面应变监测技术领域。

背景技术

飞机结构不仅要承受复杂循环的疲劳载荷、意外冲击载荷等作用，而且还要承受温度、湿度等严苛的外部环境因素的考验，这些因素严重影响飞机的结构性能。监测飞机关键结构是避免结构薄弱部位失效的重要手段，避免引起突发灾难性事故、降低维护成本、延长使用寿命。复合材料广泛应用于飞机结构部位，但损伤模式复杂多样，通常分为纤维断裂、基体失效、纤维与基体界面脱粘等，不易从表面直接观察且检测困难。因此，需要对飞机结构的疲劳寿命进行监测，制定维护策略和维修方案，以保证飞行器的安全服役并取得最大的经济效益。疲劳裂纹监测传感器是结构健康监测系统的重要组成部分，研发易于同结构集成、灵敏度高，能够在苛刻环境可靠服役工作的传感器是基于结构健康监测技术损伤容限设计研究的重点。

目前对于飞机关键结构应变的实时监测方案通常是在待测位置直接安装应变传感器，然后实时监测飞机服役过程中关键结构薄弱部位的应变状态。对于无法直接安装应变传感器的位置处应变的预测，大多采用随机布置应变片的方案，无法准确反映飞机结构件的实际应变情况。

基于以上情况，本发明设计了一种回环型测点优化布局模型，能够有效节省应变传感器的数量，同时对飞机关键结构薄弱部位的应变进行实时监测。能够运用各测点测量的数据对待预测位置主应变状态进行合理预测，同时采用该布局方法能够预测出机械零部件关键部位沿各个方向的应变情况，确保机械设备安全可靠地运行。

发明内容

本发明提供一种飞机零部件关键部位应变的实时监测方法，基于点位法回环式环氧碳纳米复合薄膜传感器监测各测点数据，对飞机零部件关键部位的应变状态进行合理预测，并及时反馈给操作人员，防止突发事故的产生，确保飞机零部件安全可靠地工作。

本发明的技术方案：

一种飞机复合材料关键结构回环型测点优化布局应变实时监测方法，用于监测飞机零部件关键部位实际应变预测疲劳寿命，通过布置在飞机零件表面各个环氧碳纳米复合薄膜传感器获取各测点处的监测数据，同时基于无线网络协议传至计算机，实现对飞机零部件关键部位的实时监测；

具体如下：

(1)制备回环式环氧碳纳米复合薄膜传感器

环氧碳纳米复合薄膜传感器，包括碳纳米管保护层和回环式环氧碳纳米薄膜层，碳纳米管保护层包裹在回环式环氧碳纳米薄膜层的上下表面；回环式环氧碳纳米薄膜层包括铜丝和在铜丝外表面的碳纳米管负载层，多个内外排布的回型式或环型式薄膜感应通道，通道两端分别为薄膜接地源和薄膜电流源，二者间存在电势差；

环氧碳纳米复合薄膜传感器的总电阻是由碳纳米管自身的本征电阻R₁和接触产生的接触电阻R₂共同组成，总电阻R表示如下形式：

R＝αR₁+βR₂

其中：α、β为比例因子，常数；

α为比例因子,取值范围为0.099～0.199；

β为比例因子,取值范围为0.901～0.801；

R₁为碳纳米管本征电阻；