基于模糊神经网络的复合材料损伤主动监测技术研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文基于模糊神经网络的复合材料损伤主动监测技术研究姓名：张燕申请学位级别：硕士专业：仪器科学与技术（智能监测与控制）指导教师：王帮峰20080101南京航空航天大学硕士学位论文摘要复合材料结构以其优异的性能，在航空航天结构中的应用日益广泛。但是复合 材料的各向异性，使它在损伤、失效等方面判别困难，给结构安全带来隐患。结构健康监测一个很重要的目的就是实现复合材料结构损伤定位。本文将超声Lamb波用作试验层合板损伤信息的载体，通过时频信号处理技术提取损伤特征参数，结合模糊神经网络识别复合材料层合板的损伤。本文首先研究了面向结构健康监测的集成软件系统的设计与实

2、现。该系统基于虚拟仪器思想，在Labview环境下利用数据输出卡PCI-1721和高速多功能输入卡 PCI-1714实现任意波形的激励信号输出、高速连续数据采集和信号处理等功能。 其次，根据瑞利—兰姆方程分析Lamb波的多模式和频散现象，通过绘制频散 曲线分析Lamb波在不同介质下的传播特性，以确定实验样件的尺寸及传感器的布 置。利用上述数据采集系统采集实验过程中的Lamb波信号，进行信号时频变换提取损伤特征参数，为模糊神经网络的训练和测试提供数据。再次，研究了模糊推理系统和神经网络的理论和特点，两者的优点相结合建立T－S型及其改进型模糊神经网络模型，研究其学习算法并通过Mat

3、lab进行仿真。最后，根据采集信号提取损伤特征系数，结合上述理论将模糊神经网络运用于结构损伤的识别，判断复合材料的损伤程度和位置，用试验数据作为教师信号对网络进行训练，并测试网络的泛化能力。关键词：结构健康监测，虚拟仪器，Lamb波，信号处理，模糊神经网络，损伤检测I基于模糊神经网络的复合材料损伤主动监测技术研究ABSTRACTBecauseoftheexcellentperformance,compositematerialwasusedinvarious domains,especiallyintheaeronauticsandastronautics.Developmen

4、tofthedamage detectionbecameakeytechnologyfortheextentoftheapplicationofcompositematerial. Determiningthedegreeandlocationofdamageinthecompositematerialswasoneof mostimportantaimsofstructurehealthmonitoringtechnology.Thepaperproposeda methodthatusingthelambwaveasthecarrierofdamageinformation

5、inthecomposite materials,extractingthecharacteristicparameterswithtime-frequencydomainanalysis technology,andapplyingfuzzyneuralnetworktoidentifythedamageofcomposite materials.Firstly,thedesignandrealizationofaPC-basedintegratedsoftwaresystemfor structurehealthmonitoringwasstudied.Virtualins

6、trumenttechnologyandLabview wereemployedtodesignthestructurehealthmonitoringsoftwaresystem.Withtheuse ofmultifunctiondataacquiringpanelsPCI-1714andPCI-1721,anyactuatingsignal outputting,high-speeddataacquisitionandplentyofsignalprocessingwereachieved. Secondly,themultiplemodesanddispersionna

7、tureofultrasonicLambwavewere theoreticallyinvestigatedwiththeRayleigh-Lambequationsanditsnumericalsolutionto decidethesizeofthecompositelaminateplateandthedistributionofPZTsensors.The time-frequencytransformmethodswereemployedtoprocessthesignalsacq