[发明专利]一种准静态未知时变载荷下结构损伤的自适应定位方法

说明书

本发明公开了一种准静态未知时变载荷下结构损伤的自适应定位方法，首先在结构上布置压电和应变传感器；其次，在多级载荷下，采集多通道的兰姆波信号，通过优化求解提取各级载荷下各通道对应的幅值和相位因子；基于径向基插值模型建立载荷与兰姆波补偿因子之间的函数关系；再次，在结构加载过程中，保持兰姆波信号和应变信号的实时采集，以及载荷的实时辨识；当相邻时刻采集的兰姆波信号能量差超出阈值时，根据辨识载荷进行基准信号的自适应补偿借助交替时间反转相位合成成像方法，进行实时损伤定位。本发明通过提出一种兰姆波信号自适应补偿的策略，实现载荷未知状态下结构损伤的准确定位，具有精度高、稳定度好、实用性强的特点。

技术领域

本发明涉及一种准静态未知时变载荷下结构损伤的自适应定位方法，属于载荷未知状态下结构内在状态的辨识技术，特别涉及基于实测兰姆波信号和应变信号，构建基于实时辨识载荷的兰姆波信号的自适应补偿策略，同时结合损伤成像方法，为结构损伤状态辨识和实时安全性评估提供可靠数据和模型支持。

背景技术

载荷环境影响下的薄壁结构中用于损伤空间特征辨识的兰姆波信号传播机理复杂，载荷的时变性和多向性的耦合作用使得服役载荷形式与主动式兰姆波信号间缺少可辨析的映射模型，使得复杂服役环境下结构未知损伤的辨识准确度差、可信度低。实时采集的传感信息是结构状态监测的前提。然而，现有损伤定位方法通常无法满足服役载荷作用下的结构状态监测需求。根据传感信息的分类，现有研究中损伤位置辨识的信息源可分为振动信号、光纤光栅信号和波动信号。由于模态信息属于结构的固有特性，因此模态类方法在工程中得到了广泛应用。利用振动信号辨识损伤位置的代表方法之一是动力指纹方法，常用的监测响应有常用的动力指纹有结构固有频率、位移模态振型、应变模态振型、模态振型曲率、模态应变能等。尽管上述模态类信号不受载荷影响，但是在结构损伤状态未知时无法利用局部测点，进行全场信息重构，因此不具备损伤准确定位的能力。光谱信号仅对附近的损伤敏感，且易受载荷变化的影响，因此辨识范围和能力受限。

由于薄壁结构中的兰姆波对损伤灵敏和传播距离长，因此其具备面向真实航空结构的应用前景。在离线检测状态下，结合压电主动式传感器阵列目前已有多种损伤定位方法包括延迟累加成像、时反聚焦成像、损伤概率成像、空间波数滤波器成像等方法这些方法可以整体分为基于稀疏阵和基于密集阵的兰姆波损伤成像方法，其基本原理是利用压电传感器阵列中多个弹性波激励-传感通道的监测信息，通过控制阵列合成机制增强损伤影响，以实现损伤定位。然而不同于离线状态下的稳定载荷状态，服役环境中结构载荷的大范围变化，严重影响结构损伤诊断方法的可靠性。为了充分考虑载荷环境产生的影响，环境参数补偿方法和无基准成像方法得到了应用。前者首先获取某个载荷环境参数下，传感器信号及损伤特征的基准或建立其物理模型，并结合实测环境参数对基准信号进行补偿。后者在不使用任何基准信号的情况下提取损伤散射信号，以避免其受到载荷环境变化的影响，使用限制较多。然而现有研究中针对外部载荷对兰姆波信号的影响分析过少，并且在利用兰姆波进行损伤定位时，尚未考虑过载荷是无法实施准确获取的，更无法实现载荷变化状态下损伤的自适应准确诊断。因此，实现未知载荷下的兰姆波信号的动态稳定补偿，建立时变环境中的结构损伤自适应成像技术，对于实际结构的安全性在线精细化评估具有显著的现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服传统损伤成像方法在载荷未知状态下精度低、可靠性差的问题，将实时载荷辨识和兰姆波信号自适应补偿结合，提供一种准静态未知时变载荷下结构损伤的自适应定位方法，实现载荷未知状态下结构损伤的准确定位，具有精度高、稳定度好、实用性强的优点。

本发明技术解决方案：一种准静态未知时变载荷下结构损伤的自适应定位方法，其特点在于：步骤如下：

第一步：针对飞行器薄壁结构，以覆盖监测区域为原则，按照阵列的方式布置m个压电传感器，以及布置n个表面应变传感器；同时确定压电传感器接收到的电压信号的变化阈值GV；