复合材料飞机尾翼结构健康监测技术研究

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1、万方数据博士学位论文复合材料飞机尾翼结构健康监测技术研究Studyofstructuralhealthmonitoringforacompositehorizontaltailofaircraft学10903018答辩日期：垄Q!垒生!Q旦大连理工大学DalianUniversityofTechnology万方数据大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声q-所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表

2、的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本文所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：作者签名：复合材料飞机尾翼结构健康监测技术研究南弛魄纠峰年，D月7]日大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编

3、入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：丝圭塞蛰垦翌竺迅丝邋遮筮监≥幽垫茎塑鎏作者签名：壶丝日期：垫堕年j二月』1日导师签名：—j苠阜坠辱0一日期：甚址年4卫月立婪日万方数据大连理工大学博士学位论文摘要基于超声导波的结构健康监测技术可以提高结构运行安全程度、降低维护成本，在结构设计、维护过程中都发挥着重要的作用。然而在飞行器结构健康监测中，导波结构健康监测技术的应用面临着许多挑战，包括：如何在复杂结构中优化布置传感器网络，如何在复杂环境条件下保证损

4、伤诊断方法的准确度，如何制定合理的结构健康监测策略等。本文针对复合材料尾翼结构的结构特点和受载形式研究了基于导波的结构健康监测技术，并利用这一技术在全尺寸复合材料飞机尾翼结构静力加载过程中对其进行了健康状况监测。本文的主要研究工作包括以下几方面：首先，介绍了基于导波的结构健康监测技术在飞机结构上应用的工程背景，对国内外相关技术研究进展进行了综述，并在此基础上提出了本文的主要研究内容、方法、路线以及结构纲要。第二，主要研究了结构形式和环境温度对导波传播特性的影响，首先建立导波在复合材料结构上传播的数值模

5、型，包括压电传感器激发、接收导波的理论模型，结构传播导波的频散模型与阻尼模型。然后，对飞机结构健康监测过程中导波传播可能受到的影响进行数值分析和实验研究，包括结构损伤、传感器胶层质量、结构附着物、加强筋以及环境温度的变化。第三，提出了针对复杂结构健康监测的压电传感器网络优化设计方法，并针对复合材料飞机尾翼结构进行了传感器网络布置，安装和路径设置等研究。在本章中，尾翼结构健康监测传感器网络设计问题被简化成以每一列传感器的个数为优化对象，以使传感器网络达到预期覆盖率为优化目标的优化问题。首先，通过分析复合

6、材料尾翼结构形式及损伤特点，得出了传感器网络优化设计问题的约束条件。然后，利用典型加强筋板上的导波传播实验分别得出了不同路径的有效覆盖范围。接下来，对传感器数量不同的传感器网络进行覆盖范围模拟，根据优化问题约束条件得到最优传感器网络布置形式。最后，根据传感器网络布置和尾翼结构形式进行了信号传输电缆的设置。第四，基于信号斯皮尔曼等级相关系数，提出了一种对温度变化不敏感但是对结构损伤比较敏感的损伤因子。基于这种损伤因子的损伤诊断方法可以在温度变化环境中，利用一个基准信号实现在较大温度区间内的损伤识别，从而

7、减少信号空间中的基准信号数量。本章在20℃～60℃温度变化环境中进行了复合材料板中的损伤诊断实验。实验结果表明：与散射信号能量损伤因子相比，斯皮尔曼等级损伤因子对温度变化的敏感程度较低。以在不同温度下采集到的尾翼右上翼面信号作为基准信号和现行信号进行损伤成万方数据复合材料飞机尾翼结构健康监测技术研究像，结果证实了基于斯皮尔曼等级损伤因子的损伤诊断方法适合作为全尺寸复合材料尾翼结构在温度变化条件下的损伤诊断方法。第五，针对复合材料飞机结构形式和受载特点提出了结构健康监测策略。该策略分为损伤扩展监测和损伤

8、成像诊断两个阶段。在损伤扩展监测阶段，利用传感器网络的损伤扩展监测采集模式进行结构健康状况收集，结合信号典型相关分析提出了损伤扩展监测方法，作为损伤在役监测方法。在损伤成像诊断阶段，利用信号全局采集模式，结合斯皮尔曼等级相关系数损伤成像诊断方法，在结构停机状态下进行损伤影响范围成像诊断。在复合材料T型接头上的损伤在役监测实验结果验证了该策略在静力加载条件下对典型飞机部件的有效性。通过尾翼模拟损伤监测实验得到了在飞机结构中损伤识别阈值与损伤影响范围的经验性