机械专业毕业设计开题报告--基于分级可控网格的结构损伤自修复系统研究.pptVIP

基于分级可控网格的结构损 伤自修复系统研究 学 生：王宇兵 指导教师：岳洪浩 学 号：1070830126 班 级：08301 -----本科毕业设计开题报告 报告大纲 一、立题的目的和意义 二、智能结构自诊断、自修复功能的研究现状 三、技术要求与主要内容 四、研究方案及进度安排 五、为完成课题已具备和所需的条件和经费 六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题以及解决的措施 立题的目的和意义 传统结构设计过分依靠提高结构的安全系数、降低使用许用载荷、缩短服役时间，既造成了极大的浪费，又不能有效避免灾难事故的出现。 国内四种机型飞机的寿命周期费用分配情况 如果结构的关键部位能够自行诊断破损位置及程度，并通过紧急修复装置来加强破损点，那么就会极大地增强损伤部位的刚度、强度，为保证人类的生命和财产安全赢得宝贵时间。 自上世纪80年代初逐渐发展起来的智能结构技术为解决上述问题提供了有效途径 本课题将通过对SMA智能板壳结构的设计、分析与研究，提出并验证一种新型混合分层式智能结构系统，该系统具有层次性（局部和全局）结构监测和驱动/控制能力，可实现对结构损伤的检测与隔离，完成紧急修复或加固等任务 本课题的研究成果也可用于自适应形状控制、振动/噪音控制等领域，在军事/民用飞机、地面车辆，远洋轮船，空间结构，建筑桥梁等应用领域具有广阔应用前景。 国内外研究现状 智能结构的自诊断应具有如下能力： l)能够无损检测出结构是否存在缺陷; 2)适时监测结构的裂纹及损伤，并提供结构系统完整的监测信息; 3)具有连续诊断损伤区域、程度及扩展情况的能力，并能向外界输送信息。 智能结构自修复的主要问题在于: 1)如何适时检测出复合材料内部的损伤的程度和位置; 2)如何在线对损伤处进行自修复; 3)如何解决好复合材料与功能组件之间的性能匹 配。 典型的智能自诊断、自修复结构 空心光纤智能结构 基体材料结构的形变会使空心光纤传感网络输出的光强发生变化，通过光电转换、数据采集，结合基体材料力学性能的具体分析、神经网络等数字处理方法，可判别出结构中载荷的大小和作用位置，实现损伤的在线监测。 空心光纤结构示意图 一旦基体材料出现断裂破坏，系统快速确定损伤位置并激励SMA网络收缩，同时向注胶器发出控制信号，利用空心光纤将自修复胶液输送至结构的损伤处对其进行快速自修复 目前,基于空心光纤用于智能结构自诊断、自修复的研究，南京航空航天大学已取得一定成果。 优点： 相对于在结构中预埋储胶容器或储胶液芯光纤等方法空心光纤作为传输胶液的通道，解决了储胶量与储胶元件体积之间的矛盾，可通过端头连接的注胶系统不断地将胶液送到材料的待修复处 缺点： 通过注胶修复的方式难以满足材料的强度要求 形状记忆合金智能结构 SMA可用作传感器件，利用它的电阻、应力、应变等参量的变化来传感外力、温度等的变化 SMA还可用作驱动器件，通常用电加热法促使其相变，产生回复动作，达到驱动目的 自诊断、自修复基体材料结构中的SMA网络可如图所示排列，当结构某处产生损伤时(如图中所示阴影处),损伤处纵横方向的两组SMA丝将被驱动,使损伤处的结构恢复原有形状 纵横排列的SMA网络 损伤传感阶段 SW 1 ~ SWn全断开，ST循环顺序闭合，由ADC读取各SMA丝上所加的测量电压Vt和电流取样电阻尺上的压降Vs，根据欧姆定律得到其电阻值，即 R=Rs(Vt-Vs)/Vs (*) ? R值的变化及反映裂缝大小的变化 加热修复阶段 对应的SW闭合，电流加至形状记忆合金进行加热。片刻之后，SW断开，相应的ST闭合，施加测量电压，根据式(*)计算此刻的电阻值。重复该加热一检测过程，直到R达到某一设定值即可断开加热电流。 技术要求及主要内容 实现对结构损伤的全局监测，准确确定损伤区域位置，并判断破损部位的包络面积； 实现对损伤目标区域的局部加强，提高结构刚度及抗拉、抗弯能力； 以典型飞行器结构形式为例，实现对嵌入SMA网格智能结构的形状与振动主动控制。 技术要求 主要内容 开展混合分级结构控制系统的概念设计，即在逻辑故障监测电路和分布式作动的基础上建立由全局损伤检测与诊断子系统和局部网格结构加固与控制单元组成的主从式集成智能结构系统模型 设计并开发以晶体管开关和二极管等为控制神经结点的局部损伤数字元监测子系统，实现对破坏性损伤位置和面积的精确监测与诊断 开发由CPU、多任务器（MUXs ）、数模