時變環境下航空結構損傷的波動機率統計成像方法研究

《時變環境下航空結構損傷的波動機率統計成像方法研究》是依託南京航空航天大學，由邱雷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：時變環境下航空結構損傷的波動機率統計成像方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：邱雷
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

航空結構服役環境中彈性波傳播特性受到複雜結構時變環境因素耦合的不確定性影響導致結構損傷難以可靠監測，是阻礙彈性波結構健康監測與管理（SHM）技術航空工程套用的瓶頸問題。針對該問題，本項目將損傷波動成像方法和機率統計建模方法相結合：開展複雜結構時變環境因素耦合影響下彈性波傳播的物理仿真和實驗研究以及機率統計建模方法研究，表征彈性波受該影響的機率分布特性；深入研究彈性波機率統計模型的自適應建立和更新機制及其遷移量化方法，建立損傷敏感統計特徵提取方法以揭示損傷影響；研究基於彈性波機率統計模型的波動成像特徵建立方法，最佳化延遲-累加成像方法，實現陣列波動成像特徵合成成像以增強損傷影響；研究基於波動機率統計成像結果的損傷評估方法，提出時變環境下航空結構損傷的延遲-累加機率統計成像方法，提高損傷監測的可靠性。最後針對真實航空結構時變環境對成像方法進行驗證，以此促進彈性波SHM技術的航空工程套用。

結題摘要

本項目針對航空結構時變服役環境帶來監測的強不確定性導致損傷可靠診斷難這一領域套用亟待解決的共性難題和瓶頸，圍繞壓電-彈性波結構健康監測方法，理清了時變影響機理、提出了彈性波特徵不確定性的機率統計建模方法、建立了波動機率統計成像機制，實現了航空飛行器型號套用：理清了彈性波受溫度和載荷影響的物理機理，提出了結構-損傷-彈性波-時變環境因素的多物理直接耦合仿真建模方法，實現了溫度、載荷影響下的彈性波傳播仿真，建立了基於零件級結構的彈性波受時變環境因素耦合影響的標準資料庫；提出了利用機率混合模型對彈性波受時變環境因素耦合影響的不確定性特徵進行機率統計建模及表征的方法，提出了強化型和自適應型兩種高效的機率混合模型建立方法，建立了機率混合模型線上動態更新機制以及基於機率散布距離和模型自相似的機率混合模型動態遷移量化方法，通過彈性波-動態機率混合模型的線上更新和遷移量化來揭示損傷的發生和累積擴展過程，實現了對時變環境因素耦合影響的第一級抑制；提出了彈性波陣列信號動態機率路徑合成成像方法和動態機率時間反轉聚焦成像方法，建立了基於損傷波動機率統計成像方法的四維成像歷史損傷評估方法，實現了對時變環境因素影響的第二級抑制的同時對損傷影響的聚焦增強和損傷定位，顯著提高了時變環境影響下的航空結構損傷監測可靠性。項目提出的方法已套用於運-20、C919、ARJ21-700等多個航空飛行器型號。發表期刊論文15篇，其中SCI源刊論文11篇（IF＞3的論文7篇，JCR Q1區論文10篇，中科院1區Top期刊論文5篇），發表國際會議論文12篇；申請國家發明專利9項（授權5項），申請美國發明專利1項，授權軟著2項；作為組委會主席主辦國際會議1次，大會/特邀報告4次，國際會議分會報告11人次，國際互訪13人次；培養博士研究生4名，碩士研究生8名；獲結構健康監測領域頂級國際會議全球唯一最佳論文獎；項目成果作為團隊成果的重要組成部分獲2019年江蘇省科學技術一等獎。