[发明专利]一种飞机关键结构件疲劳裂纹扩展在线监测装置

权利要求书

1.一种飞机关键结构件疲劳裂纹扩展在线监测装置，其特征在于：用于监测装置测试的结构为起落架梁模拟件，模拟件的材料为7B04铝合金且表层涂有防锈漆，其无凸台面的两侧缺口附近经过了砂纸打磨和丙酮的擦拭处理；应变采集单元使用的是应变片，其沿轴向安置于起落架梁模拟件无凸台面，位于距离应力集中点位置35mm的裂纹扩展延长线上，在试验进行过程中，应变片实时输出0～5V电压信号；

模数转换模块采用的是24位∑-△型模数转换器，根据前一量值与后一量值的差值大小来进行量化编码；转换器由∑–△调制器和数字抽取滤波器这两部分组成；首先∑–△调制器以极高的频率对输入的电压信号进行抽样，通过对相邻两个样本之间的差值进行低位量化处理得到低位数码表示的∑–△码，然后将处理过的∑–△码输入到数字抽取滤波器中，经过抽取滤波后从而得到高分辨率的线性脉冲编码调制的数字信号，实现应变电压信号向数字信号的转换过程；

数据处理主控器是疲劳裂纹扩展在线监测装置的核心模块之一，主控器控制整个数据采集系统的工作，通过总线连接不同位置的多个传感器进行数据的采集和控制，并且实时接收模数转换模块的应变数字信号并向智能终端发送；数据处理主控器采用高性能32位航空级嵌入式微处理器，具备上电自启动、掉电记忆、多通道并发处理等功能；

在线监测装置采用通用的工业以太网，遵循TCP/IP协议，实现数据采集系统与智能终端通讯；

智能终端对输入数据进行滤波处理并根据裂纹扩展监测方法实现结构的裂纹在线监测；在进行模拟件监测测试试验之前，需要通过有限元方法求解监测点向裂纹尖端的理论应力集中函数K_t(a)和切口根部半径ρ作为裂纹扩展计算参量；

在监测测试试验开始后，智能终端的载荷处理模块将对传输进来的数字信号进行阈值法滤波，过滤掉大部分的噪声信号和对结构疲劳裂纹扩展几乎没有影响的小载荷；然后，运用均方根模型将滤波后的随机变幅载荷等效为恒幅载荷并考虑平均应力的影响；

σ_max,i——随机载荷谱中的峰值应力

σ_min,i——随机载荷谱中的谷值应力

σ_rms,max——等效恒幅载荷最大应力

σ_rms,min——等效恒幅载荷最小应力

R_rms——等效恒幅载荷应力比

σ_rms——等效应力

最后，将各个疲劳裂纹扩展损伤参量传输到智能终端的裂纹扩展长度监测模块进行损伤评估；等效后的恒幅载荷中第i个循环的应力强度因子为：

由此，每个循环所造成的裂纹扩展增量可通过材料的da/dN-K曲线求得：

Δa_i＝C(ΔK_i)^m

Δa_i——第i个循环的裂纹扩展增量

C,m——裂纹扩展材料常数

将每个循环所造成的裂纹扩展增量累积起来得到总裂纹扩展长度为：

a_i＝a_i-1+Δa_i

裂纹长度小于预定值时继续进行监测测试，当裂纹长度超过预定值时，智能终端发出警告提醒用户被监测结构有断裂的风险。

2.根据权利要求1所述的一种飞机关键结构件疲劳裂纹扩展在线监测装置，其特征在于：用于监测装置测试的结构为起落架梁模拟件，模拟件的材料为7B04铝合金且表层涂有防锈漆，其无凸台面的两侧缺口附近经过了砂纸打磨和丙酮的擦拭处理；应变采集单元使用的是应变片，其沿轴向安置于起落架梁模拟件无凸台面，位于距离应力集中点位置35mm的裂纹扩展延长线上，在试验进行过程中，应变片实时输出0～5V电压信号。