基於時間反轉法的曲板高速衝擊定位研究

《基於時間反轉法的曲板高速衝擊定位研究》是依託西北核技術研究院，由陳春林擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於時間反轉法的曲板高速衝擊定位研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陳春林
• 依託單位：西北核技術研究院

項目摘要

航空太空飛行器的外層結構大多是曲面形狀，曲板高速衝擊定位研究凝夜是結構健康監測領域中的重要課題。時間反轉法由於其良好的自聚焦特性在位置識別中有良好的套用前景，本項目將基於時間反轉法的衝擊載荷識別方法進一步拓展套用到曲板結構的高速衝擊定位，主要探索曲板衝擊時反模型的聚焦規律，基於聚焦特性建立位置識別方法並解決該方法中由高速衝擊引入的問題。分析重構衝擊信號的特徵參數與時反模型聚焦特性的關係，提出利用重構衝擊辯糠酷影信號的多重特徵值進行位置識別的途徑，最後通過金屬曲板氣炮高速衝擊實驗驗證模型的可行性和定位方法的適用性。在有限元仿真分析和衝擊實驗研究的基礎上，討論影響時反法定位的因素，揭示模型中信息在時間上和空間上的互補性。研究結果對複雜結構高速衝擊監測研究有重要價值，同時對理解時間法的時空聚焦機理及其在結構健康監測領域的套用有重要作用。

結題摘要

航空太空飛行器外層結構大多是曲面形狀，曲板高速衝擊定位研究是衝擊損傷識別的重要途徑，是結構健康監測領域中的重要課題。時間反轉法由於其良好的自聚焦特性在位置識別中有良好的套用前景，本項目將基於時間反轉法的衝擊載荷識別方法進一步拓展套用到曲板結構高速衝擊定位。 研究了典型曲板結構的衝擊回響特性、彈性動力學互易特性和時反模型聚焦特性，分析了重構信號特徵值與模檔墊厚型聚焦特性關係，提出了三種時間聚集因子和三種感測信號融合方式，形成了多重特徵值提取方法。建立了曲板高速衝擊定位方法，解決了傳遞函式標定環節，聚焦特性表征環節，定址環節中存在的問題。提出了採用低速衝擊標定實驗獲得的傳遞函式識別高速衝擊的技術路線，解決了板結構高速衝擊回響特性難以獲取的問題。採用重構信號的多重特徵值表征聚焦特效，克服了傳遞函式頻率範圍降低和空間離散化帶來的影響。將三維空間定位問題轉化成二維平面位置識別，建立了曲板定址算法。 通過力錘開展了金屬平/曲板結構低速衝擊實驗，驗證了曲板衝擊付辣促跨定位方法。利用空氣炮開展了90發不同材質（軟木，坑和戶有機玻璃，冰球，鋁，鋼）彈丸高速撞擊四種4mm厚鋁板實驗，速度為37~280m/s。 分析了衝擊源（彈丸材料，尺寸，數目和衝擊方向），感測器（類型，位置，數目），傳遞函式頻率範圍和標定間距，重構信號特徵值，時間處理長度等因素對位置識別的影響，揭示了衝擊定位方法中時空信息的互補特性，探索了曲板高速衝擊定位方法對多源衝擊和致損衝擊的位置識別。實驗結果表明90餘個衝擊位置都能夠成功識別，傳遞函式標定間距為80mm時位置識別誤差的均值低於30mm，感測器數迎微糠目能降低至1-2個，傳遞函式截止頻率與衝擊回響信號截止頻率的比值可以降至5%。局部衝擊尋凶酷損傷（衝擊凹坑40mm）對衝擊定位的影響較小，曲板高速衝擊位置識別方法有良好的穩定性。 研究結果對複雜結構高速衝擊監測研究有重要價值，同時對理解時間法的時空聚焦機理及其在結構健康監測領域的套用有重要作用。