一种结构剩余寿命自动化快速评估方法和系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测与维护领域，尤其是一种结构剩余寿命自动化快速评估方法和系统。
【背景技术】
[0002]目前，国内外航空公司飞机的维护方式仍依赖于定期的无损检测，如超声扫描、涡流检测、磁粉检测等。然而，随着先进复合材料在民用飞机主承力结构上的大面积使用，而大面积复合材料结构由于冲击、疲劳等原因容易出现脱层、脱粘、纤维断裂等损伤，传统的针对金属结构的检测与维护手段正面临严峻的挑战。如何对大面积复合材料中的损伤进行快速精确的检测，改进传统的针对金属结构的维护维修流程，促进先进复合材料在飞机结构上的大量使用，是飞机检测与维护领域研究人员面临的一大难题。
[0003]正因如此，近年来基于机械手臂的自动化检测与维护技术得到了迅速发展，比较有代表性的技术有:1)超声C扫自动喷水系统，GE、ScanMaster、Tecnatom等公司都研制了超声C扫自动喷水系统，其控制机械手臂向检测点连续喷水，在喷嘴的后面装有超声激励和接收探头，对复合材料结构可进行自动化检测；2)激光超声无损检测技术，已被空客用于A380、A350复合材料结构检测的美国iPhoton公司iPLUS激光超声检测系统，可以控制机械手臂向待检结构点发出激光并接收激光回波，对大型复合材料复杂结构进行自动化检测，具有较高的检测效率。
[0004]另一方面，结构健康监测技术利用与结构集成的分布式传感器网络，采集由于损伤/状态变化而改变的信号，并从中提取损伤特征参数，实时/近乎实时地快速评估结构性能。其中，可用于大范围复合材料结构损伤识别/撞击事件识别的压电传感器技术、光纤传感器技术近年来经过广泛的研究，正在尝试向工业界推广应用。
[0005]基于机械手臂的自动化无损检测技术在检测过程中需要对结构平面进行高密度扫描，而由于复合材料主承力结构面积大，而且通常只在一个或几个点出现损伤，机械手臂对整个结构的扫描显得没有必要，且效率低下。
[0006]而结构健康监测技术由于其利用相对较少的传感器数量获知结构上的损伤/撞击，对大范围复合材料结构的检测显示出其高效率的特点；而从定量化的角度看，结构健康监测技术的传感器数量又限制了其发展，导致其无法采集足够的信息对结构的损伤大小、形状以及撞击的能量进行精确地量化。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是:提出一种结构剩余寿命自动化快速评估方法和系统，将结构健康监测技术与自动化无损检测技术结合起来，取其各自优点，组成一个检测与评估系统，对航空大面积复合材料结构中的损伤进行快速定量地检测并对结构的剩余强度/寿命进行自动化的评估。
[0008]本发明所采用的技术方案为:一种结构剩余寿命自动化快速评估方法，包括以下步骤:
[0009]1)在复合材料结构的外表面上粘贴传感器构建传感器网络，利用传感器网络以及结构健康监测技术初步检测损伤/撞击；
[0010]2)设定阈值并判断初检损伤面积/撞击能量是否大于阈值；若大于阈值，则进入后续检测流程，反之，则检测流程结束；
[0011]3)根据初检损伤/撞击位置与误差，确定自动化无损检测技术的详细检测区域与检测方案；
[0012]4)驱动自动化无损检测的机械手臂，进行详细检测；
[0013]5)基于详细检测结果，预测结构剩余强度/寿命。
[0014]同时，本发明还提出一种结构剩余寿命自动化快速评估系统，包含4个子系统:综合控制子系统、结构健康监测子系统、自动化无损检测子系统、剩余寿命/强度预测子系统，其中综合控制子系统首先指令结构健康监测子系统初步监测结构中可能出现的撞击/损伤，综合控制子系统根据得出的撞击能量/损伤大小判断是否需要详细的扫描，如撞击能量/损伤面积大小大于设定的阈值时，综合控制子系统向自动化无损检测子系统发出指令对结构健康监测子系统监测到的损伤/撞击位置利用机械手臂进行详细扫描，并将详细扫描结果数据化发送到剩余寿命/强度预测子系统，并输入有限元模型计算结构的剩余强度/寿命。
[0015]本发明旨在综合结构健康监测技术的高效率与自动化无损检测技术的精确定量化特点，发明一种自动化的航空结构剩余强度/寿命快速评估方法和系统，提高航空结构的检测与维护效率，缩短停机时间，降低运营成本。在本发明中，结构健康监测技术所采用的典型技术包含但不限于基于压电传感器的损伤监测技术、基于压电传感器/光纤传感器的撞击监测技术等，自动化无损检测技术所采用的典型技术包含但不限于基于机械手臂的自动喷水超声c扫技术、基于机械手臂的激光超声检测技术等。
[0016]本发明的有益效果是:
[0017](1)综合了结构健康监测技术在检测方面的高效率和自动化无损检测技术的高精度特点；
[0018](2)所发明系统在各子系统的数据接口与通信方面的模块保障了系统可以自动化运行。
【附图说明】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020]图1是本发明的自动化流程图；
[0021]图2是本发明的系统组成框图；
[0022]图3是本发明综合控制子系统的结构框图；
[0023]图4是本发明结构健康监测子系统的结构框图；
[0024]图5是本发明自动化无损检测子系统的结构框图；
[0025]图6是本发明剩余寿命/强度预测子系统的结构框图；
[0026]图7是本发明简化的系统组成框图。
【具体实施方式】
[0027]现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0028]如图1所示，本发明的检测方法与流程如下:
[0029]1)利用结构健康监测技术初步检测损伤/撞击
[0030]详细步骤如下:
[0031]a)在结构上配置传感器网络
[0032]根据所采用结构健康监测技术的监测内容(损伤或撞击)、信号传输距离等特点，在结构上布置传感器(压电传感器、光纤传感器等)网络，并根据传感器网络的间距以及结构健康监测技术的识别精度，确定监测定位结果可能存在的距离误差。以压电传感器用于损伤识别为例，通常其间距为10?15cm左右。据目前经验来看，结构健康监测技术的识别精度较小，大概能在传感器间距的1/4到1/2。相当于仅能做到区域定位，也就是说能识别在哪几个传感器围成的区域。要根据传感器间距和识别精度来确定当需要自动化无损检测子系统跟进时的详细扫查区域的面积大小。
[0033]b)激励/采集信号
[0034]使结构健康监测子系统采集硬件处于工作状态:若监测撞击，则处于待触发状态，一旦结构受到撞击，采集传感器接收到的撞击信号；若监测损伤，设定激励信号、激励-接收路径、采样参数，并激励、采集信号。
[0035]c)损伤/撞击结果诊断
[0036]通过先进的信号处理和诊断算法，初步诊断损伤位置、损伤面积或撞击位置、撞击能量。此处的信号处理和诊断算法是指结构健康监测技术的相应方法。结构健康监测技术发展至今，有很多信号处理和诊断算法。因为本发明需要保护的核心不在此，所以此处的信号处理和诊断算法可以是现有技术所公开的方法。
[0037]2)判断初检损伤面积/撞击能量是否大于阈值
[0038]通过先验知识，即结构健康监测技术的诊断结果损伤面积/撞击能量是否引起结构中的真正损伤、或引起的损伤是否需要详细检查的经验来设定阈值，当本次检查出的损伤面积/撞击能量大于此阈值时，系统确认需要对损伤/撞击位置需要详细检查；否则，不需要进一步详细检查，本次检查流程结束。
[0039]3)确定自动化无损检测技术的详细检测区域与方案
[0040]当上一步确认需要详细检查时，根据结构健康监测技术初步检测的损伤/撞击位置以及所采用技术定位存在的最大距离误差，划定需要自动化无损检测技术详细检测的区域位置和大小。根据自动化无损检测技术(基于机械手臂的自动喷水超声C扫技术或激光超声检测技术)的检测特点，在确定好的检测位置和区域设定详细检测的机械手臂运动轨迹与步进精度。
[0041]4)驱动机械手臂进行详细检测
[0042]利用上一步确定好的检测位置和检测方案，驱动装有激励/传感装置的机械手臂对待检测区域进行详细检查，并根据信号处理和诊断算法计算含有损伤信息的二维矩阵(剩余强度/寿命计算模型为板壳单元)或三维矩阵(剩余强度/寿命计算模型为三维实体单元)，其中二维/三维矩阵代表结构空间点上的损伤情况。此处的信号处理和诊断算法可以是现有技术的算法。
[0043]5)基于详细检测结果，预测结构剩余强度/寿命
[0044]基于上一步中详细检测得出的含有损伤信息的二维矩阵或三维矩阵，建立其与剩余强度/寿命计算模型刚度的对应关系，使得以二维/三维矩阵为输入，自动更新计算模型，并计算结构剩余强度/寿命。
[0045]例如，矩阵中某元素为1，说明对应的结构位置处没有损伤，对应剩余强度/寿命计算模型中该位置的材料参数不需要折减；若矩阵中某元素为1/2，说明对应的结构位置处含有损伤，将对应剩余强度/寿命计算模型中该位置的材料参数折减为原来的1/2。这样建立一种一一对应的关系可以方便自动化地更新剩余强度/寿命计算模型。
[0046]2、系统组成
[0047]本发明所涉及的这种混杂结构健康监测/自动化无损检测技术的航空结构剩余强度/寿命自动化快速评估系统的组成如图2所示。
[0048]可以看出系统包含4个子系统:综合控制子系统、结构健康监测子系统、自动化无损检测子系统、剩余寿命/强度预测子系统，其中综合控制子系统首先指令结构健康监测子系统初步监测结构中可能出现的撞击/损伤，综合控制子系统根据得出的撞击能量/损伤大小判断是否需要详细的扫描，如撞击能量/损伤面积大小大于设定的阈值时，综合控制子系统向自动化无损检测子系统发出指令对结构健康监测子系统监测到的损伤/撞击位置利用机械手臂进行详细扫描，并将详细扫描结果数据化发送到剩余寿命/强度预测子系统，并输入有限元模型计算结构的剩余强度/寿命。子系统的具体模块内容如下:
[0049]1)综合控制子系统
[0050]综合控制子系统与结构健康监测子系统、自动化无损检测子系统、剩余强度/寿命预测子系统相连，用于协调、控制整个系统的工作，其结构