基于声发射的铝蜂窝板超高速撞击损伤模式识别方法

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1、航空学报May252017V01．38No5ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaaedu．cahkxb@buaa．eduCRDOI：10．7527／$1000-6893．2017．220401基于声发射的铝蜂窝板超高速撞击损伤模式识别方法刘源，庞宝君，迟润强“，才源哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨150080摘要：为通过声发射技术识别铝合金蜂窝板超高速撞击(HVI)的损伤状态，提出一种基于神经网络的损伤模式识别方法。通过超高速撞击实验获取声发射信号，结

2、合精确源定位技术、时频分析技术、小波分析技术及模态声发射技术，提出了10个与损伤相关的特征参数，通过非参数检验分析其与损伤的关系，设计了一种基于贝叶斯正则化BP神经网络的超高速撞击损伤模式识别方法。建立最优网络模型，通过不同参数组合识别能力分析，优选出2种特征参数组合，通过非同源样本对其损伤模式识别能力进行验证。结果表明：传播距离与损伤模式无关，却是识别损伤模式的重要参数；125～250kHz频域的自动加窗小波能量比会降低损伤模式的识别能力；采用贝叶斯正则化的BP神经网络可以较好地识别蜂窝板超高速撞击损伤模式，参数组合为传播距离、上升时间、持续时间、截止频率、

3、4个自动加窗小波能量}E及小波能量熵，共9个参数，对任意选取非同源样本识别错分率仅为9．38％。关键词：空间碎片；超高速撞击；声发射；损伤模式识别；神经网络中图分类号：V19；X949文献标识码：A文章编号：1000—6893(2017)05—220401—13空间碎片对航天器在轨安全运行构成严重威胁口]，其中毫米级空间碎片的准确运行轨道难以观测，无法进行有效规避，具有较大的撞击威胁。为保障航天器的在轨安全，人们提出一种能够实现对空间碎片超高速撞击(HVI)事件进行感知的系统，称为“在轨感知系统”，主要具有感知撞击事件发生、定位撞击源及撞击损伤模式识别等能力，

4、其中损伤模式识别是目前研究的重点和难点。基于声发射技术的在轨感知系统具有较好的可实现性及较高的定位能力，美国国家航空航天局(NASA)和欧洲空间局(ESA)等机构已开发了LAD—C(LargeAreaDebrisCollector)、DIDS(DistributedImpactDetectorSystem)、MDD(Micrometeoroid／spaceDebrisDetector)、冲击传感网络(ImpactSensorNetwork)、DEBIE(DEB—risIn—orbitEvaluator)等[2’6]基于声发射技术的在轨感知系统；国内也针对多种典

5、型航天器结构受空间碎片超高速撞击在轨感知技术进行研究‘7。8]，开发了多种超高速撞击源定位技术[911I，并针对平板结构初步提出了超高速撞击损伤模式识别方法[1}”j。蜂窝板主要由双层蒙皮和蜂窝芯构成，特点是质量轻、比强度和比刚度高、隔热性能好，常用在卫星结构中。目前研究人员对蜂窝板的超高速撞击极限特性进行了研究[1。15]，但针对蜂窝板超高速撞击声发射信号特性研究较少。超高速撞击导致材料中产生弹、塑性形变及收稿日期：2016—05—05；退修El期：2016—10—19；录用El期：2017—02·13；网络出版时间：2017—03—0319：02网络出版地

6、址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20170303．1902002html基金项目：国家“十二五”空间碎片专项(K0203210)；中央高校基本科研业务费专项资金(HIT．NSRIF2015029)*通讯作者E-mail：chirq@hitedu．cn爨羽椿武。朗源，宠宝君。迟润强。等基于声发射的铝蜂窝板超高速撞击损伤模式识鄹杰法￡西航空学报·2017，38(5)：220401．LIUY，PANGBJ，CHIRQ，etalAdamagepatternrecognitionmethodforhypervelocityimp

7、actonaluminumhoneycombcoresandwichbasedonacoust七emission[J，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2017，38(5)：220401航空学报==一==============================================一相变等物理过程，形成的超高速撞击声发射信号包含信息复杂，难以通过个别参数建立与损伤的对应关系，尤其是蜂窝板的各向异性性，进一步增加了其受超高速撞击损伤模式识别的难度。本文通过超高速撞击实验，获得蜂窝板在不同损伤程度时的超高速撞击声发射

8、信号，采用多种时频分析手段获得信号的特