无源无线射频识别传感器及其在结构健康监测中的应用

针对无损检测与结构健康监测技术的发展趋势与挑战,介绍了一种无源无线射频识别(Radio frequency identification,RFID)监测传感器,并揭示了其在结构健康监测,特别是在航空航天领域的潜在应用。然后,从传感机制、信号测量、特征分析与提取等多角度对RFID传感技术在结构健康监测领域应用和存在的问题进行了全面阐述。最后,对RFID传感技术的发展前景和研究方向做了展望。本文为RFID传感技术在结构健康监测领域的研究和应用提供了理论指导和设计依据。     

结构健康监测系统中的频率响应方法

本文就频率响应方法在结构健康监测系统中的应用进行研究。运用有限元方法计算了圆形通孔与分层两种损伤对复合材料结构动态特性的影响,尝试利用RBF(径向基函数)神经网络对损伤进行识别与定位,并取得不错的结果;对频率响应方法在结构健康监测系统中应用的可行性及其在健康监测系统中的应用进行讨论。     

智能材料与结构及其在智能飞行器中的应用

为了满足民用和军事领域对智能飞行器日益增长的需求,在承载、连接等功能的基础上,具有自诊断、自适应、自控制、自修复等“智能功能”的智能结构应运而生。这一技术的出现显著地推动了航空领域的发展,如利用形状记忆合金作为驱动器驱动指定结构变形可以改变飞行器气动性能,而利用压电材料作为传感器和驱动器对结构进行健康监测和振动噪声控制是当前智能结构研究的重要方向。以此为背景,介绍了南京航空航天大学智能结构研究团队近十年来在智能结构方面的研究进展,以期为智能结构技术的发展与创新提供可以借鉴的思路。     

一种适用于梁式机翼的变形重构方法

针对航空航天领域飞行器机翼结构实时变形监测的需求,研究了一种基于结构表面应变测量的变形重构方法。该方法采用应变传感系统测得结构表面应变,再通过Ko位移理论实现应变-位移转换,重构测点处的变形,从而为结构健康监测系统、控制系统以及故障预测提供参考,保证结构运行的安全性。首先以等强度梁为对象,对该方法进行了实验分析;进而采用梁式机翼结构,通过对翼梁结构有限元建模,对该方法展开研究。实验和有限元分析结果均验证了该方法在梁式机翼结构变形重构研究中的可行性和可靠性。     

X—x^2更新过程模型结构可靠度

本文讨论强度是随机变量Ｘ,应力是复合Ｘ＾２一更新过程（Ｙ（ｔ）,ｔ∈（０,Ｔ）的结构可靠性模型的可靠度问题,获得Ｘ－Ｙ（ｔ）半随机过程模型结构可靠度表达式。     

基于FBG传感器的固体火箭发动机结构健康监测技术

讨论光纤布拉格光栅(FBG)传感技术用于固体火箭发动机结构应变场、温度场和损伤状况健康监测的可行性。分析了利用FBG传感器组成固体火箭发动机结构健康监测系统的关键技术问题,包括光纤传感器的工艺集成,光纤传感网络的最优化布置,分布式传感器信号的解耦与处理等,并给出一些研究结论和初步解决方案。基于FBG传感器的健康监测系统在固体火箭发动机领域显示了良好的应用前景。     

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在 Abaqus 有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。     

机械螺栓连接状态监测和辨识方法研究进展

螺栓连接广泛存在于机械装配结构中.振动环境下螺栓连接的状态会发生滑动、分离甚至松脱等现象,从而严重影响结构的功能性和安全性.监测和辨识机械螺栓连接的状态是结构健康监测研究的前沿热点.首先,对螺栓连接非线性动力学问题的研究现状进行了分析,指出针对复杂螺栓连接结构的非线性动力学问题的深入研究是建立可靠的状态检测和辨识方法的基础.然后,讨论了基于振动分析的两类结构健康监测方法在机械螺栓连接中的研究进展,重点综述了基于机电阻抗的状态监测方法的原理、应用现状和不足.最后,讨论了基于非线性系统动力学理论的状态监测方法及其在螺栓连接中的研究应用情况,指出了该技术进一步发展应用的若干关键技术.     

应力St）为Poisson更新过程时结构可靠度

本文讨论应力Ｓ（ｔ）为Ｐｏｉｓｓｏｎ更新过程时结构可靠度。获得在设计基准期（０，Ｔ）内重复应力循环发生次数服从Ｐｏｉｓｓｏｎ更新过程时结构可靠度达表式。     

特征值重分析的递推算法和若干技术比较

对于利用虚材料结构的模态试验数据提取（辨识）真实材料结构的试验模态参数（简称虚材料结构试验模态）的问题,作者曾建立过一种基于动柔度的广义伽略金法（GG）和基向量组合法（DF）。为了特征值重分析的“快速性”要求,作者又得到广义伽略金法的一种退化解（DS）,其“快速性”非常好,但精度比广义伽略金法差。为了全面了解,还对若干相关方法,如GG、DF、DS和CA（combinedapproximation）等,在满足修改结构特征方程的近似性方面作了探讨,同时还就它们的数值结果进行了比较。其探讨表明,GG法的精度最好,而其余方法的精度是相同或相当的、且基本满意。这些方法在修改结构之特征方程Ku=2Mu的右边惯性项中都不同程度引入了Kirsch的近似假设,故而会引入不同程度的误差。现在要问：右边惯性载荷项的误差对方程解之精度的影响倒底有多大？为此,首次提出了一种递推算法。该递推算法的第一级递推解恰好是广义伽略金法的退化解（DS法）。递推算法的概念适用于上述各种方法。为此,作者又首次建立了CA法的递推公式。最后,该递推算法从数值上得出一个重要结论：导致右边惯性载荷项误差的“Kirsch近似假设”对特征值重分析结果的影响不严重。同时,该递推算法还能逐级减小由Kirsch的近似假设给重分析结果带来的误差。     

X-χ~2更新过程模型结构可靠度

本文讨论强度是随机变量X，应力是复合χ2一更新过程｛Y（t），t∈［o，T］｝的结构可靠性模型的可靠度问题。获得X－Y（t）半随机过程模型结构可靠度表达式。     

高速冲击射流中的涡结构和冲击单音

冲击射流广泛应用于短距、垂直起降飞行器（STOVL）等航空航天领域，然而却伴随着流场与噪声等诸多方面的问题，需要深入研究其流动特性和噪声机理，特别是二者之间的关联。采用PIV（粒子图像测速）技术对高速冲击射流的流场结构和涡结构进行深入研究，探讨流场与声场的相关性，发现冲击单音的存在与否及强弱与涡结构的存在与否及强弱大小相对应，且冲击单音随压比、冲击距离、喷嘴唇厚等参数变化的规律也与涡结构与这些因素的变化规律相一致，因此涡结构和冲击单音具有很强的相关性；并且螺旋模态与对称模态对应不同频率的冲击单音，在同一工况下可能存在两种流动模态共存的情况，此时冲击单音也具有多频率特性。因此抑制大尺度涡结构的发展是降低冲击单音的重要环节，可为冲击射流的降噪研究奠定涡声理论基础。     

Ψ(t)R_0──复合非时齐单调Poisson过程模型结构可靠性当量正态设计

本文讨论抗力Ψ（t）R0，荷载效应为强度函数λ（t）＝ae－bt，（t≥0，a，b＞0为实数）的复合非时齐单调Poisson过程结构可靠性模型。获得非时齐非增Poisson过程和非时齐非降Poisson过程样本函数最大值概率分布及统计参数估计。同时获得抗力Ψ（t）R0，其中R0～N（μR0，σ2R0）为初始随机变量，Ψ（t）＞0是t的单调递减连续实函数；荷载效应为复合非时齐单调Poisson过程模型结构可靠性当量正态设计表达式。     

伽玛—伽玛模式结构可靠性的区间估计

讨论了3种情形下伽玛-伽玛模式结构可靠性的区间估计：（1）给出了形状参数已知，尺度参数未知时此模式结构可靠性的置信下限；（2）给出了尺度参数已知，形状参数未知且形状参数较大时此模式结构可靠性的近似置信下限；（3）给出了分布参数均未知但形状参数较大时此模式结构可靠性的近似置信下限。     

纤维增强树脂基复合材料结构的优化设计

综述了国内外纤维增强树脂基复合材料结构优化设计的研究成果与发展状况，内容涉及到层合板壳结构以及夹层结构的屈曲、振动、可靠性、结构强度以及多级多目标等问题的优化设计。文中还涉及到发动机复合材料构件优化方面的一些研究成果，给出了其优化设计的网络框图。论文最后对复合材料结构优化设计当前存在的主要问题和今后发展方向作了分析，并指出今后的研究方向：（１）多级多目标多学科的优化设计，不仅涉及到基本理论、建模和方法，而且更加强调工程实际问题；（２）发展相应的软件专家系统，更加强调软件面向对象编程和 Ｃ Ａ Ｄ 技术的应用；（３）注重探究快速有效的优化算法以及探究随机优化和可靠性优化技术，从而快速有效地获得对优化设计点的可靠评价等。     

镍钛形状记忆合金丝的性能测试分析

从形状记忆合金（ Ｓ Ｍ Ａ）的性能测试和智能材料与结构研究的角度出发，论述了 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件的应力、应变、温度和相变之间的测试关系，并通过分阶段和不同的变量组合，对直径０．５ｍ ｍ 的 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝（ Ｎｉ４９．２％ ａｔ Ｔｉ）的基本驱动特性进行了系统的测试分析，测试内容主要集中于相变温度、自由状态下的最大回复应变、约束状态下的回复应力等。结果表明， Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝的应力应变温度关系呈现出高度的非线性，环境温度和外加应力是影响 Ｎｉ Ｔｉ丝性能的主要因素，外载荷将使相变温度升高；约束回复中，随着约束应变量的增大和温度的升高， Ｎｉ Ｔｉ丝的回复应力也增大。该测试结果为更好地监测和控制 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 的驱动行为、设计 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件提供了参考依据。     

中国航天环境可靠性试验与检测中心苏州实验室

苏州实验室隶属北京强度环境研究所上海试验与检测中心,位于苏州市高新区紫金路8号,是以结构动力学分析、试验与检测为主要特色的实验室,也是航天环境可靠性试验与检测中心分支机构和权威检测认证机构,具有IS09000／GJB900lA质量体系认证、ISO／IECl7025国家实验室（CNAS）和国防科技工业实验室（DiLAC）认可等多个资质。     

Ψ（t）R0—复合非时齐单调Poisson过程模型结构的可靠性当量正态设计

本文讨论抗为Ψ（ｔ）Ｒ０，荷载效应为强度函数γ（ｔ）＝αｅ＾－ｂｔｍ（ｔ≥０，ａｂ〉０为实数）的复合非时齐单调Ｐｏｉｓｓｏｎ过程结构可靠性模型。获得结构可靠性模型。获得非时齐非增Ｐｏｉｓｓｏｎ过程和非时齐非降Ｐｏｉｓｓｏｎ过程样本函数最大值概率分布及统计参数估计。同时获得抗力Ψ（ｔ）Ｒ０，其中Ｒ０～Ｎ（μＲ０，σ＾２Ｒ０）为初始随机变量，Ψ（ｔ）〉０是ｔ的单调递减连续实函数；荷载效应为复合非时齐单     

基于光纤光栅的风机叶片应变与振动监测技术

为满足某型塔架式风电机组叶片的监测需求，提出了一种基于光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating,FBG）传感网络的结构监测方法。建立叶片三维模型并进行有限元仿真，获得其工作状态下的应变分布。设计FBG封装及布局方案，实时监测各传感点应变数值及变化规律。通过快速傅里叶变换分析其振动特性，探究温度、风速等环境因素对该监测系统可靠性的影响。结果表明，基于FBG的应变-振动测试方法能有效监测叶片对风压的载荷响应及振动频率，误差范围在0.04 Hz以内，满足实际工程需求。     

纽曼随机有限元分析复合材料回旋结构的可靠性及其优化设计

将纽曼级数展开的蒙特卡罗随机有限元应用于具有随机因素的复合材料回旋结构的应力求解;然后利用蒙特卡罗直接比较法和蔡希尔（Tsai－Hill）失效判据给出该结构的可靠性算式。最后建立了此类结构的可靠性优化设计迭代式,并给出一算例。