機械結構健康監(jiān)測關鍵技術-2

1、機械結構健康監(jiān)測關鍵技術機械結構健康監(jiān)測關鍵技術摘要：摘要：隨著經濟的發(fā)展和科技的進步，對一些重要機械結構的健康狀況進行監(jiān)測、提前預警，以減少災害的損失越來越成為人們關注的問題。如何本文簡單介紹了機械結構健康監(jiān)測的一些基本概念及其系統(tǒng)的組成，并對機械結構健康監(jiān)測的關鍵技術展開綜述，特別對智能信息處理技術在結構健康監(jiān)測與損傷診斷領域取得的研究成果進行了歸納總結。關鍵詞：關鍵詞：機械結構健康監(jiān)測；數據采集與傳輸；損傷識別；信息處理1機械結構

2、健康監(jiān)測概述機械結構健康監(jiān)測概述結構健康監(jiān)控技術采用智能材料結構的新概念，利用集成在結構中的先進傳感驅動元件，在線實時地獲取與結構健康狀況相關的信息，（如應力、應變、溫度、振動模態(tài)、波傳播特性等），結合先進的信號信息處理方法和材料結構力學建模方法，提取結構損傷特征參數，識別結構的狀態(tài)（包括損傷），并對結構的不安全因素，在其早期就加以控制以消除安全隱患或控制安全隱患的進一步發(fā)展，從而實現結構健康自診斷、自修復，保證結構的安全和降低維修費用

3、。一個結構健康監(jiān)控系統(tǒng)應包含2種功能：一是對結構狀態(tài)的監(jiān)測功能；二是對結構狀態(tài)的自適應控制功能。對僅有監(jiān)測功能而沒有主動控制功能的系統(tǒng)一般稱為結構健康監(jiān)測(StructuralHealthMoniting簡稱SHM)系統(tǒng)。SHM指利用現場的無損傳感技術，通過包括結構響應在內的結構系統(tǒng)特性分析，達到檢測結構損傷或退化的目的。健康監(jiān)測的過程包括:通過一系列傳感器得到系統(tǒng)定時取樣的動力響應測量值，從這些測量值中抽取對損傷敏感的特征因子，并對這

4、些特征因子進行統(tǒng)計分析，從而獲得結構當前的健康狀況。對于長期的健康監(jiān)測，系統(tǒng)得到的是關于結構在其運行環(huán)境中老化和退化所導致的完成預期功能變化的適時信息。結構的健康監(jiān)測技術是要發(fā)展一種最小人工干預的結構健康的在線實時連續(xù)監(jiān)測、檢查與損傷探測的自動化系統(tǒng)，能夠通過局域網絡或遠程中心自動地報告結構狀態(tài)。它與傳統(tǒng)的無損檢測技術(NondestructiveEvaluation，簡稱NDE)不同通常NDE技術運用直接測量確定結構的物理狀態(tài)，無需歷

5、史記錄數據，診斷結果很大程度取決于測量設備的分辨率和精度。而SHM技術是根據結構在同一位置上不同時間的測量結果的變化來識別結構的狀態(tài)，因此歷史數據至關重要。識別的精度強烈依賴于傳感器和解評估和預測未來的健康狀態(tài)，包括剩余壽命預測等。7）決策推理子系統(tǒng)：決策推理子系統(tǒng)接受來自狀態(tài)評估和預測子系統(tǒng)的數據，主要作用是給出所建議的活動和可選方案。8）接口：主要包括人機接口和機機接口。人機接口包括狀態(tài)監(jiān)測模塊的警告信息顯示以及健康評估、預測等模塊

6、的數據信息的表示等；機機接口使得上述各模塊之間以及SHM系統(tǒng)同其他系統(tǒng)之間的數據信息可以進行傳遞。3機械結構健康監(jiān)測的關鍵技術機械結構健康監(jiān)測的關鍵技術當機械結構發(fā)生損傷時，結構性能將發(fā)生改變，如材料形狀的變化、幾何屬性的變化、內部結構體系的變化等。結構健康監(jiān)測系統(tǒng)就是要利用測試儀器瞬時地獲得能表征這些改變的結構實時測試數據，來確定結構的損傷時刻和損傷位置，分析損傷程度，從而正確評價結構的健康狀態(tài)。因此一個健康監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)劣主要由以下3

7、個因素決定：1）傳感器的靈敏性和精度，以及數據傳輸和采集設備的性能。高質量的儀器設備能減少測量誤差，提高監(jiān)測效率；2）測點的空間分布，即傳感器的最優(yōu)布置問題。測點布置應使獲得的測試數據盡量包含更多的結構整體和局部的信息，且這些測點信息對于損傷應是足夠敏感的，即具有較小的信息墑。實際工程中，傳感器數量受經濟性限制不可能太多，因此優(yōu)化測點布置具有重要意義；3）測試數據的分析處理，現場采集的數據不僅包含著大量的結構信息，還有很多測量噪聲。而盡

8、量克服噪聲的干擾，從測試數據中準確地捕捉出能反應結構損傷的特征信息是關鍵的一步。其中第1點為硬件條件，第2、第3點為軟件條件。從目前的發(fā)展來看，用于結構健康監(jiān)測的硬件設施越來越先進，高性能的智能傳感元件和信號采集裝備越來越多地在工程中得到應用。最近發(fā)展起來的智能感知材料與傳感元件如光導纖維、電阻應變計、疲勞壽命計、壓電材料、碳纖維、半導體材料和形狀記憶合金等被應用到結構健康監(jiān)測中。這些感知材料和傳感元件使結構具有感知特性，能更好地實現結