【摘要】：當(dāng)前復(fù)合材料在航空飛行器結(jié)構(gòu)上的使用量與日遞增已成為一種趨勢。但復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在外物低速沖擊下容易產(chǎn)生目不可檢的內(nèi)部損傷,造成結(jié)構(gòu)強度及穩(wěn)定性的急劇下降,引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞等嚴(yán)重后果。因此利用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)對作用在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的沖擊載荷進行識別,對進一步評估沖擊損傷情況,及時進行決策維護提高結(jié)構(gòu)使用安全性具有重要意義。本文在前人工作基礎(chǔ)上對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)沖擊載荷識別進行了研究。首先基于Duhamel積分方程的離散化建立了用于沖擊載荷識別的時域模型,分析了沖擊載荷識別問題的不適定性,引入正則化方法消除不適定性的影響;其次基于貝葉斯統(tǒng)計理論,提出了一種基于貝葉斯正則化(增廣Tikhonov正則化)的沖擊載荷識別方法,可以從測量數(shù)據(jù)中自適應(yīng)地確定最優(yōu)正則化參數(shù),并識別沖擊載荷時間歷程。利用有限元仿真軟件MSC.Patran/Nastran建立了復(fù)合材料機翼結(jié)構(gòu)模型,進行了數(shù)值仿真研究,通過貝葉斯正則化識別了作用于機翼結(jié)構(gòu)模型上的沖擊載荷時間歷程,并與結(jié)合了L曲線和GCV正則化參數(shù)選取法的Tikhonov正則化識別結(jié)果作了比較。最后建立了沖擊載荷識別實驗系統(tǒng),對復(fù)合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)進行實驗研究,提出了一種最小化目標(biāo)函數(shù)并結(jié)合線性插值擬合的方法來實現(xiàn)沖擊位置識別,并使用貝葉斯正則化法對沖擊載荷的時間歷程進行了重建。數(shù)值仿真結(jié)果和實驗結(jié)果都驗證了所提出的沖擊載荷識別方法的可行性和有效性。
【圖文】：

結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料化可以極大地降低飛行器機體重量以提高飛行性能和降低飛行過程中燃料的損耗。美國所研制的軍用飛機，由早期F-16戰(zhàn)斗機到最新的F-35戰(zhàn)斗機，其樹脂基復(fù)合材料在機體結(jié)構(gòu)中所占比例基本上逐步遞增，如圖1.1，，在B-2隱身轟炸機上的用量更是達到了50%。俄羅斯所研制的第5代驗證機S-37也大量地使用了復(fù)合材料，并將復(fù)合材料應(yīng)用在了該機型彎曲進氣道及前掠式機翼等特殊結(jié)構(gòu)中，從而顯著地提高了20%~25%的有效載荷，并且降低了約40%~60%的生產(chǎn)成本，極大地提升了該機型的綜合作戰(zhàn)性能[2]。法國與德國共同合作研制的PAH-2武裝直升機，其復(fù)合材料的使用量占全機總結(jié)構(gòu)質(zhì)量的45%，占比接近一半；美國研制的輕型偵察攻擊直升機RAH-66

[5]。外物低速沖擊對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)造成的損傷通常都在內(nèi)部，而外表面無顯著的損傷痕跡。如圖1.2展示了一個經(jīng)歷了8 J能量低速沖擊的碳纖維復(fù)合材料層板，其外表面只有很輕微的凹痕，但是經(jīng)過紅外檢測，其內(nèi)部已存在一尺寸較大的橢圓形損傷。像這類目不可檢的沖擊損傷，可能會嚴(yán)重威脅到飛機的飛行安全，極大地增加了飛機后期維護的時間和精力[6]。如果這些內(nèi)部損傷不能被及時發(fā)現(xiàn)而任其發(fā)展，將可能會造成災(zāi)難性的后果。圖1.2 受沖擊的復(fù)合材料層板在飛機結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)維護中所采用的無損檢測技術(shù)，如X射線檢測、超聲C掃描檢測、紅外檢測等等，大多需要將結(jié)構(gòu)進行拆卸檢測，待檢測完成之后再將其重新組裝使用。而且這些檢測設(shè)備的體積較大，這樣會花費大量的人力物力，如果對大型結(jié)構(gòu)進行檢測，實施起來也十分困難。加之飛機結(jié)構(gòu)的設(shè)計趨于復(fù)雜化
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O347.3

【參考文獻】

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1 郭榮;房懷慶;裘剡;于欽林;朱偉偉;;基于Tikhonov正則化及奇異值分解的載荷識別方法[J];振動與沖擊;2014年06期

2 毛伯永;謝石林;張希農(nóng);;沖擊載荷識別的瞬態(tài)統(tǒng)計能量分析方法[J];振動與沖擊;2013年14期

3 朱晉生;王卓;歐峰;;先進復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J];新技術(shù)新工藝;2012年10期

4 王利恒;薛景鋒;宋昊;郭偉;張立U

本文編號：2606066