一种适用于梁式机翼的变形重构方法

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1、第46卷第6期2014年12月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&Astronautics一种适用于梁式机翼的变形重构方法袁慎芳闫美佳张巾巾邱雷(南京航空航天大学航空宇航学院，南京，2lool6)V01．46No．6Dec．2014摘要：针对航空航天领域飞行器机翼结构实时变形监测的需求，研究了一种基于结构表面应变测量的变形重构方法。该方法采用应变传感系统测得结构表面应变，再通过Ko位移理论实现应变一位移转换，重构测点处的变形，从而为结构健康监测系统、控制系统以及故障预测提供参考，保证结构运行的

2、安全性。首先以等强度梁为对象，对该方法进行了实验分析；进而采用梁式机翼结构，通过对翼梁结构有限元建模，对该方法展开研究。实验和有限元分析结果均验证了该方法在梁式机翼结构变形重构研究中的可行性和可靠性。关键词：结构变形监测；变形重构算法；Ko位移理论；有限元分析中图分类号：TP391文献标志码：A文章编号：1005—2615(2014)06一0825一06ShapeReconstructionMethodofSparWingStructureYk口竹S矗e7t屈行g，y&7z^玎e巧i口，Z^口竹g．厂i巧i咒，Qi“LPi(CollegeofAerospa

3、ceEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstr眦t：Ashapereconstructionmethodisinvestigatedforreal一timeconditionassessmentcontr01andhealthmonitoringofsparwingstructures．Inthemethodstrainsensorsareusedtoobtainstrainmeas—urementsfromthetargetstruc

4、tureandtoreconstructthecorrespondingdisplacementbasedontheKodisplacementtheory．Themethodisexaminedthroughanexperimentaluniformstrengthbeammodel．Thenafiniteelementmodelofwingsparisbuilttoverifytheshapereconstructionmethod．Boththere—sultsshowthefeasibilityandreliab订ityofthemethod．Ke

5、ywords：structuraldeformationmonitoring；shapereconstructionalgorithm；Kodisplacementtheo—ry；finiteelementanalysis(FEA)翼梁结构作为机翼结构主要承载部件，在飞行器飞行过程中会产生较大变形。例如，太阳能无人机Helios翼展为72．29m，飞行过程中机翼尾端变形可达12．19m，在2003年6月的试飞过程中，因遭遇湍流造成飞机机翼变形过大失稳，最终空中解体后坠落太平洋。因此，翼梁结构的实时变形监测是飞行器结构健康监测、结构控制以及故障预测方面的研究

6、重点，对于结构安全性保障具有重要的意义。由于实时结构变形监测的要求以及飞行器结构对测试系统重量的严格限制，使得传统的结构变形监测技术已经不能满足需求。随着对机翼结构变形监测研究的深人，基于应变信息的结构变形重构算法构成该领域研究的核心内容之一。Tessler等人提出逆向有限元法，基于最小二乘变收稿日期：2014一09—25：修订日期：2014—10一27作者简介：袁慎芳，女，1968年4月生，博士，教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，教育部“长江学者奖励计划”特聘教授。长期从事智能结构及健康监测的研究。先后主持国家自然科学基金重点项目、面上项目、国防

7、973专题、国防基础科研项目、教育部新世纪人才支持计划、国家863项目、国防863项目、国家重点型号工程项目、航空基金等省部级基金10项。作为中方负责人主持欧盟第7框架国际合作项目1项。出版专著2部；发表论文200余篇；获国家发明专利授权近40项；获国家软件著作权7项。先后获得中国航空学会青年科技奖、全国巾帼发明者、江苏省优秀科技工作者、江苏省三八红旗手等荣誉称号。通信作者：袁慎芳，E-mail：ysf@nuaa．edu．cn。826南京航空航天大学学报第46卷分方程求解得到结构应变场和位移场之间的转换函数口{3；Foss等人提出了基于模态转换的结构变形重

8、构算法，通过结构振型和相应的位移振型求得位移一应变转换矩阵[3‘4