Структурное мониторинг здоровья на основе активного датчика с чипом напряжения (оригинальная книга 2) Science Press
Цена: 3 806руб. (¥180.12)
Артикул: 581576853569
Вес товара: ~0.7 кг. Указан усредненный вес, который может отличаться от фактического. Не включен в цену, оплачивается при получении.
Описание товараПродавец:国家图书馆出版社图书专营
Рейтинг:
Всего отзывов:0
Положительных:0
Добавить в корзину
Другие товары этого продавца
¥ 101.28 96.282 035руб.
¥ 18.96 14.6309руб.
¥ 71.32 64.351 360руб.
¥53.921 140руб.
Параметры продукта
| Мониторинг здоровья структурного здоровья на основе активного датчика чипа напряжения (оригинальная книга 2) | ||
 | Используемая цена | 228.00 |
| Издатель | Science Press | |
| Издание | 1 | |
| Опубликованная дата | Февраль 2018 года | |
| формат | 16 | |
| автор | (США) Виктор·Виктор, Джутиу | |
| Украсить | Оплата в мягкой обложке | |
| Количество страниц | 677 | |
| Число слов | 980000 | |
| Кодирование ISBN | 9787030291905 | |
Оглавление
Оглавление
Слова переводчика
Глава 1 Введение 1
1.1 Основы и концепции структурного мониторинга здоровья 1
1.2 Разрушение и разрушение конструкции 2
1.3 Программа структурной целостности самолета 6
1.4 Персонализированная диагностика и прогнозирование на основе SHM 11
1.5 Об этой книге 12
Ссылки 13
Глава 2 Электрически активные и магнитоактивные материалы 14
2.1 ВВЕДЕНИЕ 14
2.2 Пьезоэлектрический эффект 14
2.3 Пьезоэлектрическое явление 21
2.4 Перовскитовая керамика 22
2.5 Пьезоэлектрические полимеры 29
2.6 Магнитострикционные материалы 30
2.7 Резюме 32
2.8 Вопросы и упражнения 33
Ссылки 33
Глава 3 Основы вибрации 34
3.1 Введение 34
3.2 Анализ вибрации с одной степенью свободы 34
3.3 Осевая вибрация штока 52
3.4 Изгибная вибрация балки 69
3.5 Крутильная вибрация вала 85
3.6 Горизонтальная сдвиговая вибрация упругой ленты 88
3.7 Вертикальная сдвиговая вибрация балки 91
3.8 Резюме 92
3.9 Вопросы и упражнения 92
Ссылка 94
Глава 4. Вибрация пластины 95
4.1 Введение 95
4.2 Упругое уравнение вибрации пластины 95
4.3 Осевая вибрация прямоугольной пластины 95
4.4 Осевая вибрация круглой пластины 98
4.5 Изгибная вибрация прямоугольной пластины 108
4.6 Изгибная вибрация круглой пластины 118
4.7 Резюме 131
4.8 Вопросы и упражнения 131
Ссылки 132
Глава 5. Упругие волны 133
5.1 Введение 133
5.2 Общие сведения о распространении упругих волн в твердых телах и конструкциях 133
5.3. Осевые волны в стержнях 134.
5.4. Изгибные волны в балках 155
5.5 Крутильные волны в валах 173
5.6 Горизонтальные поперечные волны в полосах 173
5.7 Продольные поперечные волны в балках 175
5.8 Банбо 175
5.9 Плоские, сферические и кольцевые волновые фронты 186
5.10 Объемные волны в бесконечных упругих средах 192
5.11 Резюме 201
5.12 Вопросы и упражнения 201
Ссылки 204
Глава 6. Направленная волна 205
6.1 Введение 205
6.2 Волна Рэлея 205
6.3 Пластинчатая волна SH 209
6.4 Волна Лэмба 215
6.5 Ринг Пик Волна Лэмба 229
6.6 Обзор направленных волн в пластинах 244
6.7. Направленные волны в трубках и оболочках 247.
6.8 Резюме 250
6.9 Вопросы и упражнения 251
Ссылки 251
Глава 7. Пьезоэлектрические чип-активные датчики 252
7.1 Введение 252
7.2 Драйвер PWAS 253
7.3 Измерения напряжений и деформаций PWAS 258
7.4 Влияние толщины на возбуждение и чувствительность PWAS 263
7.5 Измерение вибрации на основе PWAS 264
7.6 Измерение волн на основе PWAS 267
7.7 Установка PWAS и проверка качества 269
7.8 Долговечность и живучесть PWAS 274
7.9 Типичные применения PWAS в SHM 278
7.10 Резюме 280
7.11 Вопросы и упражнения 280
Ссылки 281
Глава 8 Соединение PWAS и контролируемых структур 282
8.1 Введение 282
8.2 Одномерный анализ связи сдвигового слоя 283
8.3 2-D анализ сдвиговой задержки прямоугольного PWAS 293
8.4 Анализ слоя сдвига круглого PWAS 302
8.5 Передача энергии между PWAS и конструкцией 309
8.6 Резюме 319
8.7 Вопросы и упражнения 319
Ссылка 320
Глава 9 Резонаторы PWAS 321
9.1 Введение 321
9.2 Резонатор 1-DPWAS 321
9.3 Круглый резонатор PWAS 341
9.4 Анализ поля связи PWAS-резонатора 351
9.5 Ограниченный PWAS354
9.6 Резюме 365
9.7 Вопросы и упражнения 365
Ссылка 366
Глава 10 Модальный датчик высокочастотной вибрации ШМ на основе PWAS——Электромеханический импедансный метод 367
10.1 Введение 367
10.2 1-D модальный датчик на базе PWAS 370
10.3 2-D круговой модальный датчик на базе PWAS 382
10.4 Обнаружение повреждений модальных датчиков на базе PWAS 390
10.5 FEM-анализ поля связи модального датчика на основе PWAS 407
10.6 Резюме 411
10.7 Вопросы и упражнения 411
Ссылки 412
Глава 11. Волновая модуляция на основе PWAS 413
11.1 Введение 413
11.2 Модуляция осевых волн на основе PWAS 413
11.3 Модуляция изгибной волны на основе PWAS 417
11.4 Модуляция волны Лэмба на основе 1-DPWAS 422
11.5 Модуляция волны Лэмба на основе кругового PWAS 431
11.6 Преобразование Ханкеля в анализе круговой модуляции PWAS 439
11.7. Экспериментальная проверка волновой модуляции PWASLamb 447
11.8 Направленность прямоугольного PWAS 455
11.9 Резюме 461
11.10 Вопросы и упражнения 461
Ссылки 463
Глава 12 Волноводная SHM464 на базе PWAS
12.1 Введение 464
12.2 Одномерное моделирование и эксперимент 471
12.3 Эксперимент по распространению волн 2-DPWAS 481
12.4 Встроенный ультразвуковой детектор с одношаговым захватом на основе PWAS 486
12.5 Встроенный ультразвуковой детектор импульсно-эхо-сигнала на базе PWAS 491
12.6 Метод обращения времени PWAS 493
12.7 Методы смещения 506
12.8 Пассивный датчик акустических волн на базе PWAS 506
12.9 Резюме 509
12.10 Вопросы и упражнения 510
Ссылки 511
Глава 13 Онлайн-метод фазированной решетки на основе PWAS 512
13.1 Введение 512
13.2 Фазированная решетка в традиционном ультразвуке NDE 513
13.3 1-D линейная фазированная решетка PWAS 515
13.4. Дальнейшие эксперименты с линейными решетками PWAS 525
13.5 Эволюция формирования диаграммы направленности с фазированной решеткой PWAS 538
13.6 Общая формула для фазированной решетки PWAS 547
13.7 Исследование двумерной планарной фазированной решетки PWAS 555
13.8 Двухмерный встроенный ультразвуковой структурный радар 560
13.9 Эксперимент по обнаружению повреждений на основе прямоугольной решетки PWAS 566
13.10 Анализ фазированной решетки на основе преобразования Фурье 572
13.11 Резюме 583
13.12 Задачи и упражнения 583
Ссылка 584
Глава 14 Обработка сигналов SHM и распознавание образов на базе PWAS 585
14.1 Введение 585
14.2 Теория идентификации повреждений и прогресс 585
14.3 От преобразования Фурье к кратковременному преобразованию Фурье 590
14.4 Вейвлет-анализ 596
14.5 Нейронные сети 611
14.6 Извлечение признаков 618
14.7 Алгоритм обнаружения повреждений PWAS на основе импеданса E/M 620
14.8 Резюме 621
14.9 Задачи и упражнения 622
Ссылка 622
Глава 15. Различные случаи SHM на основе PWAS: факторы повреждения экспериментальных сигналов 623
15.1 Введение 623
15.2 Случай 1: Обнаружение повреждения диска на основе импеданса Э/М 623
15.3 Случай 2: Обнаружение повреждений на стареющих панелях самолета 642
15.4 Резюме 654
Ссылки 655
Таблица аннотаций 656
Сокращения 666
Важный словарь 668
Приложение А Предварительные знания по математике 678
Приложение Б. Символы и формулы эластичности 679
Цветное изображение 680 -----
Чтение в Интернете
Глава 1 Введение
1.1 Основы и концепции структурного мониторинга здоровья
Структурный мониторинг состояния здоровья (SHM) — это область, которой уделяется все больше внимания и которая содержит инновации. Соединенные Штаты ежегодно тратят более 200 миллиардов долларов на техническое обслуживание оборудования, а расходы на техническое обслуживание и ремонт составляют четверть эксплуатационных расходов коммерческих самолетов США. Одна треть из почти 576 600 мостов, перечисленных в Национальном реестре США, требуют ремонта из-за структурных дефектов или реконструкции из-за потери функциональности. Сопутствующие расходы на техническое обслуживание стареющей инфраструктуры также играют важную роль.
Устаревание существующей инфраструктуры делает затраты на техническое обслуживание и ремонт все более важными. При мониторинге состояния конструкций используется техническое обслуживание по состоянию (CBM) вместо планового технического обслуживания, чтобы смягчить вышеуказанные проблемы. С одной стороны, это может снизить ненужные затраты на техническое обслуживание, а с другой стороны, позволяет избежать временного обслуживания, вызванного внезапными структурными проблемами. Для новых конструкций интеграция датчиков и систем мониторинга состояния конструкций на этапе проектирования может эффективно снизить затраты на срок службы. Что еще более важно, мониторинг состояния конструкций может обеспечить безопасность и надежность конструкций, одновременно снижая затраты на техническое обслуживание.
Широко используется мониторинг состояния конструкций. Эта технология может оценить состояние здоровья конструкции и оценить оставшийся срок службы конструкции посредством разумной обработки данных и анализа интерпретации.В практическом применении многие системы аэрокосмической, военной и гражданской инфраструктуры могут продолжать использоваться после превышения их расчетного срока службы, поэтому люди надеются продлить срок службы этих объектов.Мониторинг состояния конструкций — одна из технологий, которая может сделать это, выявляя проблемы в стареющих конструкциях, что и беспокоит инженерное сообщество. Мониторинг состояния конструкции может позволить техническому обслуживанию по состоянию заменить традиционное плановое техническое обслуживание.Другой перспективой применения мониторинга состояния конструкций является интеграция его с конструкцией, то есть встраивание датчиков мониторинга состояния конструкций и связанных с ними систем измерения в новые конструкции, тем самым изменяя модель проектирования и значительно уменьшая вес, размер и стоимость конструкции.На Рисунке 1-1 представлена схематическая диаграмма общей системы мониторинга состояния конструкций.
Рисунок 1-1 Схематическая диаграмма общей системы мониторинга состояния конструкций.
Существует два основных способа реализации структурного мониторинга здоровья: пассивный мониторинг и активный мониторинг.Пассивный мониторинг фокусируется на измерении различных рабочих параметров и оценке состояния конструкции с помощью этих параметров.Например, отслеживая параметры полета самолета (скорость полета, возмущение воздуха, коэффициент перегрузки, нагрузки на важные детали и т. д.), а затем используя алгоритм проектирования самолета, можно сделать вывод об израсходованном и оставшемся сроке службы.Пассивный мониторинг состояния конструкции очень полезен, но он не может напрямую проверить, повреждена ли конструкция.Активный мониторинг состояния конструкции может напрямую обнаруживать существующие и потенциальные структурные повреждения для оценки состояния конструкции.В этом отношении активный SHM аналогичен методу, используемому при неразрушающем контроле (NDE), но активный SHM идет на шаг дальше на основе неразрушающего контроля: активные методы пытаются разработать датчики мониторинга повреждений, которые могут быть установлены в конструкциях, и методы, которые могут обеспечить обнаружение состояния конструкций по требованию.В последние годы внимание людей привлекает метод использования неразрушающего контроля с помощью направленной волны для обнаружения структурных повреждений.Направленные волны (например, волны Лэмба в пластинах) представляют собой упругие возмущения, которые могут распространяться на большие расстояния в тонких пластинчатых структурах с небольшой потерей амплитуды. Таким образом, при неразрушающем контроле волной Лэмба (NDI) количество необходимых датчиков будет значительно сокращено.Используя технологию фазированной решетки с направленными волнами, также можно сканировать широкий диапазон структурных областей в фиксированном положении.Однако существует очевидное ограничение в преобразовании традиционной технологии неразрушающего контроля в технологию SHM, то есть традиционные датчики неразрушающего контроля имеют проблемы, связанные с большими размерами и высокой стоимостью.Установка традиционных датчиков неразрушающего контроля YJ в конструкциях также не подходит, особенно в аэрокосмической отрасли, где вес и стоимость являются строгими ограничениями.Недавно разработанные пьезоэлектрические пластинчатые активные датчики (PWAS) имеют хорошие перспективы развития для улучшения мониторинга состояния конструкций, диагностики повреждений и технологий неразрушающего контроля.Преимущества PWAS заключаются в небольшом размере, легком весе, высокой цене, простоте обработки и формования.PWAS может быть установлен на поверхности конструкции или внутри конструкции или даже встроен между структурными и ненесущими слоями. Хотя это может повлиять на прочность и устойчивость конструкции к повреждениям, эти вопросы все еще изучаются.
Методы диагностики структурных повреждений, основанные на PWAS, в основном включают в себя следующее: ① метод распространения волн;② метод передаточной функции частотной характеристики; ③ электромеханический импедансный метод (электромеханический, Э/М).Другие методы мониторинга с использованием PWAS все еще находятся в стадии исследований и разработок, но предстоит еще пройти долгий путь в создании модели и характерном анализе возбуждения и измерения волн Лэмба посредством наклеивания на поверхность или внедрения PWAS.Факторы повреждения, которые оценивают структурное здоровье, также не совсем надежны. Метод интеграции PWAS в конструкцию для реализации диагностики повреждений волной Лэмба все еще находится в стадии изучения.При разработке систем мониторинга работоспособности конструкций также отсутствует математическая теоретическая основа для выбора различных соответствующих параметров мониторинга, таких как геометрические характеристики датчиков, размеры, расположение, материалы, частота и полоса пропускания возбуждения и т. д.
Нельзя отрицать, что область мониторинга состояния конструкций обширна, и для запроса доступны различные типы датчиков, методов и методов сжатия данных.“Как выглядит структура?”и определить его статус“Здоровый или нет”, включая структурную целостность, возможные повреждения и оставшийся срок службы. Целью этой книги не является предоставление такого энциклопедического описания.В этой книге в качестве примера в основном используется комплексный метод мониторинга состояния конструкций на основе PWAS, который помогает читателям шаг за шагом понять, как использовать PWAS для оценки и диагностики состояния здоровья данной конструкции.Эта книга движется от простого к сложному, от простого к сложному, от моделирования и испытаний простых лабораторных образцов к оценке реальных крупномасштабных структур.Эту книгу можно использовать как учебное пособие, как книгу для самообучения для читателей, интересующихся этой областью, или как справочник для экспертов в этой области, которым необходимо применять активные методы мониторинга состояния конструкций.
1.2 Разрушение и разрушение конструкции
1.2.1 Обзор механики линейно-упругого разрушения
Коэффициент интенсивности напряжения в вершине трещины обычно выражается как: где – приложенное напряжение; а – длина трещины; C — константа, зависящая от геометрии образца и распределения нагрузки.Коэффициент интенсивности стресса связан со стрессом; это также связано с длиной трещины. По мере расширения трещины коэффициент интенсивности напряжений соответственно увеличивается.Критическое состояние будет достигнуто, когда трещина будет быстро и бесконтрольно расширяться.Переменная, связанная с быстрым ростом трещин, называется критическим коэффициентом интенсивности напряжений и представляет собой параметр, отражающий способность материала сопротивляться хрупкому разрушению.То есть для одного и того же материала быстрое распространение трещин всегда начинается при одной и той же интенсивности напряжений.Для разных образцов, разной длины трещин и разных геометрических размеров быстрое расширение трещин различно, но остается неизменным.Это параметр, который отражает способность материала противостоять хрупкому разрушению и является свойством материала.Разрушение происходит из-за превышения текущей интенсивности напряжения, что обеспечивает однопараметрический критерий разрушения для прогнозирования разрушения.Хотя конкретные расчеты и определения иногда затруднены, можно спрогнозировать хрупкое разрушение.Эту концепцию можно использовать для пластичных материалов, таких как высокопрочные сплавы.В этом случае выражение (1-1) можно улучшить до выражения интенсивности напряжений, описывающего пластическую область вершины трещины: Значение zuida можно оценить как (плосконапряженное состояние) (плоскодеформированное состояние) 1-5) где, – предел текучести материала.При изучении поведения материалов установлено, что плоскодеформированное состояние является наименьшим, при этом плосконапряженное состояние в 2–10 раз превышает плоскодеформированное состояние.Этот эффект связан со степенью ограничения, оказываемого на материал.Чем больше материальных ограничений, тем меньше.Плоскодеформированное состояние имеет наибольшее количество ограничений, и плоскодеформированное состояние также называют вязкостью разрушения материала.Стандартные методы испытаний определяют вязкость разрушения материалов. При использовании в проектировании критерий вязкости разрушения намного безопаснее, чем метод упругопластической механики разрушения, такой как: ① метод смещения раскрытия вершины трещины (смещение раскрытия вершины трещины, CTOD); ② Метод кривой R; ③ J-интегральный метод.Метод определения вязкости разрушения более консервативен и безопасен, но более громоздок.Проектировщикам следует учитывать следующие два момента: ① Возможные виды разрушения при хрупком разрушении; ② Возможные виды отказа гибкой податливости.
1.2.2 Прогресс в механике разрушения при распространении трещин
Концепции линейной механики разрушения можно использовать для анализа конкретных конструкций и прогнозирования минимальной длины трещины, при которой трещина будет самопроизвольно распространяться до разрушения при определенной нагрузке.Минимум da критической трещины можно определить с помощью критического коэффициента интенсивности напряжения, определенного в уравнении (1-3).Усталостные трещины, вызванные циклической нагрузкой или другими механизмами повреждения, будут продолжать расширяться под действием продолжающейся циклической нагрузки до тех пор, пока не достигнут критической длины трещины. В это время трещина быстро расширяется и приводит к катастрофическому разрушению.Время, необходимое для того, чтобы данное повреждение трещины расширилось до критического значения, является типичным важным индикатором работоспособности конструкции.Чтобы определить срок службы конструкции, необходимо усвоить следующие моменты: ① Понять механизм возникновения трещин; ② Определите критическую длину трещины. При превышении критической длины трещины конструкция подвергнется катастрофическому повреждению; ③ Понять принцип механического расширения трещины от докритического состояния до критической длины трещины.
Эксперименты по росту трещин при больших циклических нагрузках показывают, что: чем больше циклическая нагрузка, тем быстрее растет трещина; чем меньше циклическая нагрузка, тем медленнее растет трещина [1].Явление расширения трещины имеет несколько очевидных интервалов, как показано на рисунке 1-2: ① Интервал I называется зоной зарождения трещины. На начальной стадии трещина расширяется медленно; ② Интервал II — это зона стабильного расширения, скорость расширения трещины пропорциональна логарифму количества циклов и является линейной; ③ Интервал III – зона быстрого расширения. Когда коэффициент интенсивности напряжения превышает пороговый коэффициент интенсивности, трещина быстро расширяется до разрушения, демонстрируя нелинейность.
Рисунок 1-2 Схематическая диаграмма роста усталостных трещин в металлических материалах.
Для анализа роста усталостной трещины Пэрис и Эрдоган [2] определили, что рост усталостной трещины зависит от знакопеременного напряжения и длины трещины: где – разница между максимальным и минимальным значением циклического напряжения; а – длина трещины; C — константа, зависящая от нагрузки, свойств материала и других второстепенных переменных.
Учитывая уравнение (1-1), можно предположить, что скорость роста трещины зависит от коэффициента интенсивности циклических напряжений. Например, в уравнении это разница между максимальным и минимальным значением коэффициента интенсивности напряжений.Эксперименты показали, что при различных уровнях напряжений и длинах трещин связь между скоростью роста трещины и коэффициентом интенсивности напряжений подчиняется одному и тому же критерию [1].Это знаковое поведенческое явление позже стало известно как Парижское правило, которое соответствует зоне стабильного роста II на рис. 1-2. Правило скорости роста усталостных трещин применимо к большому количеству конструкционных материалов.Парижское правило применяется к нагрузкам постоянной амплитуды.Линейная кривая во второй области на рисунке 1-2 представляет собой логарифмическую кривую уравнения (1-7), которую можно записать следующим образом: где – наклон кривой; это эмпирический параметр, связанный со свойствами материала, частотой испытаний, равномерной нагрузкой и некоторыми второстепенными переменными.Если известны n и EPC, длину расширения трещины после N циклов можно рассчитать по формуле: где – исходная длина трещины.
Правило Парижа представляет собой линейную кривую во второй области на рисунке 1-2, но полный рост трещины имеет три независимые фазы: ① образование трещины; ② стабильный линейный рост трещины в логарифмических координатах; ③ переход к нестабильному быстрому росту трещин и состоянию разрушения. Три фазовых состояния соответствуют интервалу I, интервалу II и интервалу III на рисунках 1-2 соответственно.Исследования показали, что существует критическое значение, которое может характеризовать область распространения трещины, однако критические значения коэффициентов интенсивности напряжений сильно различаются между различными материалами.
Правило Парижа широко используется в инженерной практике. При применении следует учитывать следующие факторы: ① Влияние коэффициента циклических напряжений на критическое значение; ② Разница между нагрузкой постоянной амплитуды и комплексным спектром нагрузки; ③ Влияние напряжения Зюйда на спектр нагрузок; ④ Влияние гистерезиса и ускорения, вызванного перегрузкой.
Учитывая влияние коэффициента напряжений и критического значения, правило Парижа можно модифицировать следующим образом [3] где R — коэффициент напряжения, а — критический коэффициент интенсивности напряжений; – амплитуда порогового коэффициента интенсивности напряжений;является эмпирическим параметром.
Разница в распространении трещин при нагрузке постоянной амплитуды и сложном спектре нагрузок в основном зависит от величины напряжения Зюйда.Если приложенная нагрузка постоянной амплитуды и максимальное значение напряжения при комплексном спектре нагрузки одинаковы, скорость роста трещины будет подчиняться тому же правилу.Однако если напряжения Зюйда различны, результаты при сложных спектрах нагрузок в большей степени зависят от последовательности приложенных циклических нагрузок.Стоит отметить, что общая скорость роста трещин при сложном спектре нагрузок выше, чем при нагрузке постоянной амплитуды [4].Некоторые исследователи понимают эффект гистерезиса, вызванный перегрузкой, как взаимодействие между усталостным повреждением, распространением трещин и историей циклического нагружения.Наиболее вероятным взаимодействием является эффект гистерезиса трещины, вызванный циклическим нагружением и перегрузкой вершины трещины.Эффект гистерезиса определяется как замедление скорости роста трещины вследствие постепенного уменьшения пика нагрузки.В литературе [4] объясняется эффект гистерезиса: перегрузка приводит к возникновению пластической зоны в вершине трещины, вызывающей локальную пластическую деформацию.После снятия перегрузки пластическая зона превращается в зону остаточных сжимающих напряжений, что препятствует распространению трещины.С другой стороны, ускорение трещины может произойти и после перегрузки, связанной с закрытием трещины.При этом в перегруженной зоне текучести возникают остаточные растягивающие напряжения, что создает дополнительные нагрузки, вызывающие ускоренный рост трещины.
Для образцов простой геометрической формы коэффициент интенсивности напряжений можно спрогнозировать путем анализа. Прогноз можно сделать с помощью большого количества экспериментов и превратить в диаграммы для использования во время проектирования.Например, для прямоугольного образца с центральной трещиной коэффициент интенсивности напряжений при трещине I рода равен: где – растягивающее напряжение; составляет половину длины трещины; – идеальный коэффициент интенсивности напряжений для бесконечной пластины с центральной трещиной; представляет собой влияние пластины конечного размера, то есть изменение упругого поля, когда граница пластины не находится бесконечно далеко от трещины, как показано на рисунке 1-3.В литературе можно найти большое количество значений для образцов с разными геометрическими размерами.
Рисунок 1-3 Прямоугольная пластина длиной 2h и шириной 2b с центральной трещиной длиной 2a.
1.3 Схема структурной целостности самолета
ВВС США предложили программу структурной целостности самолета (ASIP) в 1970-х годах [5-8]. Основное предположение ASIP заключается в том, что конструкция (фюзеляж) всех находящихся в эксплуатации самолетов имеет внутренние повреждения, которые не могут быть обнаружены с помощью существующих технологий неразрушающего контроля.Поскольку конструкция фюзеляжа устойчива к повреждениям, самолет может нести эти“первоначальный дефект”Летайте безопасно. ASIP также предполагает, что эти первоначальные дефекты будут продолжать расширяться при нормальных циклах летной эксплуатации и коррозии, пока не достигнут длины, которую можно будет обнаружить методами неразрушающего контроля.
Основная предпосылка теории устойчивости к повреждениям заключается в том, что конструкция самолета имеет присущие повреждения, которые не могут быть обнаружены с помощью существующих технологий неразрушающего контроля, но он все равно может продолжать безопасно летать.АСИП разработал комплекс мероприятий по регулярному осмотру и техническому обслуживанию, направленных на обнаружение и устранение повреждений, достигших такой степени, что их можно обнаружить методами неразрушающего контроля.После устранения повреждения воздушному судну дается новый срок службы до следующего осмотра и технического обслуживания.
Постоянное применение ASIP позволяет избежать разрушения конструкции из-за усталости, коррозии под напряжением и коррозионной усталости [9].Существующие дефекты качества изготовления конструкции (такие как царапины, дефекты, заусенцы, микротрещины и т. д.), повреждения, вызванные эксплуатацией (например, пятна коррозии), а также повреждения, вызванные техническим обслуживанием, могут стать началом расширения трещин.Влияние этих дефектов на безопасность воздушного судна зависит от их первоначального размера, скорости расширения в процессе эксплуатации, размера критического дефекта, возможности проверки конструкции и устойчивости к повреждениям во время первоначального проектирования конструкции.
Надежность, усталость и устойчивость самолета к повреждениям [9] должны гарантировать, что первоначальные повреждения, которые могут существовать на конструкции, не будут расширяться до размеров, которые влияют на безопасность самолета во время эксплуатации самолета.В то же время необходимо также попытаться замедлить возникновение структурных трещин и снижение конструкционных свойств самолетов, находящихся в эксплуатации, под воздействием усталости и коррозии.
1.3.1 Профессиональная терминология
Следующие профессиональные термины взяты из ссылки [6].
①Повреждения: Дефекты, трещины, зазоры, расслоения и т. д., проблемы, возникающие в конструкции во время производства или использования.В металлических фюзеляжах повреждением часто считают острые угловые трещины.
② Устойчивость к повреждениям: в пределах указанного срока службы конструкция может успешно сдерживать повреждения без ущерба для безопасности полета.
③Безопасность: В течение ожидаемого срока службы важные конструкции каждого самолета (например, конструкции фюзеляжа, которые очень важны для полета) могут сохранять определенный уровень прочности (в случае неизвестного повреждения).
④Долговечность: Под воздействием обычных трещин, коррозии, износа и т.п. обеспечивается возможность эффективной эксплуатации самолета при минимальном обслуживании конструкции, испытаниях, простоях, обновлении, ремонте и замене основных конструкций.
⑤Управление жизненным циклом: действия, необходимые для поддержания безопасности и долговечности каждого воздушного судна или всего парка.
⑥Методы/прогресс детерминистического анализа: методы прогнозирования срока службы и уровней повреждений (например, длины трещины) путем рассмотрения всех дискретных входных данных.Для данного набора данных прогноз представляет собой одно значение.
⑦Методы/прогресс вероятностного анализа: методы прогнозирования распределения срока службы или распределения уровня ущерба (например, распределения размеров трещин) путем рассмотрения статистических свойств одной или нескольких входных переменных.Для данного набора данных результат выражается как вероятность достижения некоторого заданного значения или его превышения.
⑧Надежность (конструктивная): конструкция может быть завершена без сбоев под нагрузкой или в других суровых условиях.
Введение
Оригинал этой книги на английском языке был написан профессором Виктором Джурджутиу с факультета машиностроения Университета Южной Каролины в США. Китайский перевод выполнен Цзяоюбу, Национальная ключевая лаборатория механической структурной механики и управления, Нанкинская аэрокосмическая наука и инженерия.“Чангцзян Ученый”Его завершил выдающийся профессор Юань Шэньфан. В этой книге постепенно объясняются теория, методы и примеры мониторинга состояния конструкций на основе активных датчиков на основе пьезоэлектрических чипов.Охваченный контент включает в себя основные понятия, связанные с мониторингом состояния конструкций, электроактивными материалами и магнитно-активными материалами, структурной вибрацией и методами ее анализа, теорией упругих волн и методами моделирования, активными датчиками на пьезоэлектрических чипах и анализом их связи со конструкциями. , пьезоэлектрический чип-резонатор, метод мониторинга состояния конструкции на основе структурного электромеханического импеданса, метод пьезоэлектрической упруговолновой модуляции, метод контроля структурного состояния с помощью пьезоэлектрической направленной волны, метод пьезоэлектрической онлайн-фазированной решетки и пьезоэлектрический метод обработки сигналов мониторинга состояния конструкции и метод распознавания образов. Наконец, представлен исследовательский пример мониторинга состояния конструкций на основе активного датчика пьезоэлектрического чипа.
Эта книга всеобъемлюща по содержанию, проста для понимания, профессиональна и удобна для чтения. Читателям особенно полезно ознакомиться с концепциями, принципами и методами структурного мониторинга здоровья, что закладывает основу для проведения углубленных исследований в этой области.-----