基于主被动技术融合的风机叶片结构健康监测技术研究

发布时间：2017-11-01 17:21

  本文关键词：基于主被动技术融合的风机叶片结构健康监测技术研究

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【摘要】：近年来,风力发电技术已成为低碳社会能源需求的首选技术。针对于风力发电机组叶片的结构健康监测技术也得到了长足的发展。基于Lamb波和声发射技术的结构健康监测技术是目前的研究热点,而目前利用主动监测技术和被动监测技术进行风机叶片健康监测的技术手段各有优势,在冲击至损伤的不同阶段各自有着不同的优势。文章提出了一种主被动技术融合的风机叶片结构健康监测技术,结合主被动技术的定位成像信息,协同主被动机制的监测过程,提高损伤信息的精度,丰富损伤信息层次。文章讨论了国内外针对于叶片的结构健康监测技术研究的进展;提出了文章的研究方向及研究目的;分析了压电传感器应用于激励和传感时的原理;分析了Lamb波在结构中传播时的传播特征和模态特性,进而分析了传统意义中主动方法和被动方法的作用原理。文章研究了主被动技术融合的原理和意义;提出了融合的三个层次。以这三个层次为目标,研究了所需要的基础技术;研究了传感器阵列排布方案;研究了基于波速修正值和距离权值的被动损伤定位成像方案,提出了定位损伤矩阵的概念;研究了无波速的主动监测技术,给出了定位损伤矩阵的数学表达式。实验验证表明,传感器阵列和新的方法能够有效地进行损伤定位与成像,支撑主被动技术融合的各个层次。文章研究了主被动技术融合的三个层次。在定位数据层次,对损伤定位成像矩阵进行融合,得到新的定位信息;在成像策略层次,提出被动方法信息偏重于定位而主动方法信息偏重于范围及发展的成像方案,利用被动定位信息来修正主动方法的成像结果;研究了主被动技术融合的协同机制层次,给出了在整个冲击发生到损伤扩展过程中,主被动协同系统的工作原理及损伤信息诊断流程。实验验证表明,主被动技术融合方法在定位数据和成像策略层次都能够有效地进行损伤信息融合,新得出的损伤诊断结果的层次与内涵与单方法比较有显著提升。
【关键词】：结构健康监测 主被动协同 信息融合 传感器阵列 冲击定位 损伤成像
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景9-11
• 1.1.1 风力发电及叶片结构应用背景9-10
• 1.1.2 结构健康监测技术10-11
• 1.2 国内外发展研究现状及技术现状11-15
• 1.2.1 国内外叶片监测技术11-12
• 1.2.2 应用现状12-13
• 1.2.3 各监测技术优势与劣势13-15
• 1.3 本文的研究意义及研究点15-18
• 1.3.1 主被动融合的研究内容及意义15-16
• 1.3.2 研究方向及创新研究点16-17
• 1.3.3 本文的章节安排17-18
• 第二章 Lamb波理论及主被动监测技术基础18-31
• 2.1 Lamb波传导理论18-20
• 2.1.1 Lamb波概述18
• 2.1.2 Lamb波传播特性分析18-20
• 2.2 基于压电传感器的Lamb波激励与传感过程20-24
• 2.2.1 压电陶瓷片简介及应用原理21-22
• 2.2.2 基于压电陶瓷片的Lamb波激励与传感模型22-24
• 2.3 基于冲击响应的被动结构健康监测技术24-27
• 2.3.1 四点圆弧定位法24-25
• 2.3.2 三角测量法25-27
• 2.4 主动健康监测技术27-29
• 2.4.1 主动监测技术原理27-28
• 2.4.2 激励信号的选择28
• 2.4.3 椭圆定位法28-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 主被动技术融合原理及相应基础技术改进31-49
• 3.1 主被动技术融合31-33
• 3.1.1 主被动技术融合的原理与意义31-32
• 3.1.2 融合的三个层次32-33
• 3.2 传感器阵列排布方案及实验环境33-36
• 3.2.1 传感器阵列排布策略33-35
• 3.2.2 本文实验对象及平台35-36
• 3.3 基于距离权值和波速修正值的被动定位成像36-42
• 3.3.1 复合材料结构冲击响应波速修正值的标定36-37
• 3.3.2 基于距离权值的被动成像定位方法37-40
• 3.3.3 实验验证40-42
• 3.4 无波速主动监测定位与成像方法42-47
• 3.4.1 无波速的Lamb波主动损伤成像方法研究42-43
• 3.4.2 基于距离权值和阵列扩展的方法改进43-44
• 3.4.3 实验验证44-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第四章 主被动技术不同层次的融合研究49-64
• 4.1 三个层次的融合意义49-50
• 4.2 主被动监测技术的数据定位融合50-56
• 4.2.1 定位坐标融合50
• 4.2.2 损伤定位成像矩阵融合50-51
• 4.2.3 基于传感器数量的权值分配51-52
• 4.2.4 实验验证52-56
• 4.3 成像策略层次的融合研究56-60
• 4.3.1 成像策略层次融合原理56-57
• 4.3.2 策略层面融合方法57
• 4.3.3 实验验证57-60
• 4.4 主被动协同机制的研究60-62
• 4.4.1 主被动协同机制的时间序列60-61
• 4.4.2 主被动协同机制的作用流程61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 参考文献66-70
• 附录1 攻读硕士期间撰写的论文70-71
• 附录2 攻读硕士期间参加的科研项目71-72
• 致谢72

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本文编号：1127799