非均勻應變分布重構及結構多尺度健康監測的研究

《非均勻應變分布重構及結構多尺度健康監測的研究》是依託南京航空航天大學，由王宏濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：非均勻應變分布重構及結構多尺度健康監測的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王宏濤
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

整體損傷監測能夠快速覆蓋大的監測區域，及時監控結構整體工作狀態，但對結構初始小損傷不敏感；局部損傷監測則能對結構局部初始缺陷、小損傷進行精細化的檢查，但需要大量的測點信息，每次檢整店測的面積有限，效率較低。因此，將整體和局部損傷監測有機結合起來，充分發揮兩者的長處，同時從整體和局部兩個尺度上對複合材料結構進行多尺度健康監測的研究，具有深遠的理論意義和潛在的巨大工程套用價值。本課題擬採用一種新型的集成式光纖Bragg光柵(FBG) 和非本徵型Fabry-Perot干涉腔(EFPI) 複合感測器，同時測量結構的均勻、非均勻應變分布和振動頻諒格符率，結合混合遺傳算法，探索非均勻應變分布重構的新方法，開拓基於應變梯度的損傷特徵快速提取新途徑，將光纖感測技術、計算力學和人工智慧領域的一些研究成果融合在一起，進行多學科交叉和創新性研究，實現複合材料結構的多尺度健康監測新方法，推動結構健康監測技術的發展。

結題摘要

針對目前連續重構光柵軸向非均勻應變必須要對應變形式做預先假設的問題，項目組提出了採用遺傳規劃的光柵軸向非均勻應變重構算法，利用其符號回歸功能，無需應變分布形式的先驗知識便可直接回歸光柵軸向非均勻應變分布的函式表達式；定義了專門用於度量連續函式重構精度的均方積分誤差，針對墓祝己均值、線性戰達龍、二次、正弦和不連續的應變分布形式，定量研究基於遺傳規劃的非均勻應變分布重構方法的效果，驗證了算法的有效阿戲凶采性；並和最新的混沌遺傳非均勻應變分布重構方法比較，結果表明遺傳規劃方法續重構非均勻應變分布形式具有相對較好的精度和更好的實時性能，具有獨特的優越性；此外項目組還比較了遺傳規劃重構方法和現有的採用T矩陣列式重構方法的精度，雖然分別採用龍格庫塔法和改進的傳輸矩陣法求解“實測譜”和反射譜較同時用T矩陣列式計算“實測譜”和反射譜產生了額外的誤差，但仿真結果表明遺傳規劃的平均最大誤差和平均均方誤差為最小；項目組進而開展了遺傳規劃重構非均勻應變分布重構的實驗驗證，重構的鋁合金梁應變分布與有限元計算的結果基本吻合。 基於遞階遺傳算法與結構最佳化思想，項目組提出了一種針對歐拉—伯頌勸市禁努利梁和二維板結構的多損傷監測新方法。該方法利用遞階遺傳算法的控制基因表示損傷的數量和位置，以參數基因表示損傷的程度，有效地避免了傳統遺傳算法的早熟現象所造成的損傷誤識別等問題。一個懸臂樑和二維板結構模型的多損傷監測仿真計算表明本方法能夠準確地監測一、二維結構中多個位置的損傷，較傳統遺傳算法明顯提高了計算效率、精度和穩定性。 項目組提出了一種基於新型的集成式光纖Bragg光柵(FBG) 和非本徵型Fabry-Perot干涉腔(EFPI) 複合感測器的結構多尺度健康監測裝置和方法，同時測量結構的均勻、非均勻應變分布和振動頻率，結合遞階遺傳算法和振動頻率對結構的整體損傷章充寒進行監測；由應變重構過程中提取的應變梯度信息確定可能的損傷區域，以旋轉彈簧模擬結構局部的微裂紋損傷，尋求一種結構局部尺度微裂紋損傷分布形式，使其對應的Bragg光柵反射譜計算機仿真值最接近新型集成式複合感測器的實測數據，即可得到結構局部損傷的位置及程度。