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基于近场MUSIC算法的复合材料结构健康监测研究

【摘要】:由于复合材料具有质量轻、比强度高、比模量高等独特的优点,已被大量运用于航空航天领域。然而复合材料在遭受外界低速冲击时,容易产生内部微小损伤,导致复合材料性能下降,给飞行器的安全运行带来隐患。因此,迫切需要对航空复合材料结构进行结构健康监测。本文研究了基于MUSIC(Multiple Signal Classification)阵列信号处理技术在结构健康监测中的应用,主要研究工作包括如下几个方面:(1)针对结构健康监测领域中MUSIC阵列信号处理技术在近场信号源的定位盲区问题,提出了近场2D-MUSIC算法的复合材料结构冲击定位方法,并进行了实验验证,结果表明该方法有较好的定位精度。(2)针对复合材料的各向异性与Lamb波信号传播衰减问题,提出了2D-MUSIC定位算法的信号波速与衰减补偿,较好地提高了算法在复合材料结构中的定位精度。(3)针对结构多源冲击的源定位问题,提出了基于特征值阈值法和盖氏圆定理的信号源数目估计方法并应用于2D-MUSIC算法中,解决了冲击源数目未知情况下信号空间与噪声空间的正确获取,实现了复合材料板中同时发生的多源冲击定位。(4)在复合材料结构主动损伤监测研究中,针对MUSIC算法难以解决相关多源信号定位问题,提出运用空间平滑算法对2D-MUSIC算法进行了改进,实现了复合材料中多损伤的定位。(5)针对一维线阵的角度监测盲区问题,提出了将梅花传感器阵列同MUSIC算法相结合应用于复合材料冲击定位,实现了结构全方位的冲击定位和波速自估计,该方法解决了一维线阵的监测盲区问题,并初步实现了对冲击能量等级的判定。

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