结构健康监测

结构健康监测编辑条目命令记录1概念2流程3理想的结构健康监测方法4工作流程图5研究内容1概念结构健康监测是智能材料结构在实际工程中的一项技术和重要应用。结构健康监测系统是一个仿生智能系统，可以在线监测结构的“健康”状态。它使用嵌入或表面附着的传感器作为神经系统，可以感知和预测结构的内部缺陷和损伤。结构变形、腐蚀、支撑失效等一系列不良因素。是一种对材料或结构进行无损评估的方法。当遇到意外事故或危险环境时，系统可以通过调节和控制使整个结构系统恢复到最佳工作状态。该系统还可以自动改变和调整结构的形状、位置、强度、刚度、阻尼或振动频率，从而使结构能够自我保护并在危险中生存。2流程结构健康监测的过程包括：通过一系列传感器获取系统定期采样的动态响应测量值，从这些测量值中提取对损伤敏感的特征因子，并对这些特征因子进行统计分析，得到结构当前的健康状态。3理想的结构健康监测方法理想的结构健康监测方法应该能够在损伤的初始阶段准确地发现损伤，定位和确定损伤的程度，从而提供结构安全评估和预测损伤结构的剩余寿命。4工作流程图5研究内容结构健康监测系统广泛应用于国民生产。特别是在工程中，有许多材料和结构需要及时维护和监测。传统的监控方法耗时、费力且昂贵。结构健康监测技术的应用可以改善这些缺点。结构健康监测技术具有以下优点：(1)实时在线监测和安全评估，节省维护成本。(2)依靠先进的测试系统可以减少劳动力和人工误判。(3)能及时与最新技术相结合。(4)大多数具有自我修复功能。(5)自动化程度高，可大大提高安全性和可靠性。近年来，随着材料和结构损伤特征信号处理技术研究的发展和传感/驱动技术研究的深入，监测系统越来越多地应用于实际工程实践，例如先进战斗机和扩展服务飞机的健康监测、航天器和空间站的健康监测以及民用结构的在线监测。结构健康监测的主要研究内容包括传感技术、信号处理技术和集成技术。1)传感技术在结构健康监测系统中，被监测的对象主要包括应力、应变、声发射、位移、压力、温度、结构损伤等参数，最常用的传感器有：光纤传感器、压电元件和应变元件。光纤传感器具有电绝缘、耐腐蚀的优点，并且能够在强电磁干扰和其他条件下工作。然而，成本相对较高，设备相对复杂。应用范围可以从民用结构到航空结构。压电元件兼有传感器和驱动器的双重功能，灵敏度高，动态性能好，应用广泛。然而，它也有许多缺点，如脆性大、难以嵌入结构、低频特性等。应变元件具有灵敏度高、静态性能好、性能稳定的特点。上述传感器不仅要满足相应测量点的要求，还要能够形成经济可靠的分布式传感网络，从而实现大规模的连续健康监测。2)信号采集和处理信号采集与处理系统可以说是结构健康监测的重要组成部分。目前，国内外都在大力开发相应的软件。从传感器收集的信号包含了许多信息。在正常情况下，由于外界环境噪声的影响和复合材料的复杂特性，这是非常困难的从数学上讲，结构健康监测是一个非线性逆问题。在实践中，模型分析、系统辨识、人工神经网络、遗传算法和优化计算等信号处理方法在结构健康监测中取得了许多成果。然而，大部分研究是在实验室环境中进行的，结构和控制都很简单。因此，无论是从实际结构中获取试验数据，还是对实际结构进行理论分析，都需要大量的历史数据来实现健康监测，还有很多工作要做。3)系统集成系统集成包括软件和硬件。在硬件集成方面，将传感器和驱动器集成到主结构中会影响主结构的机械性能以及传感装置本身的性能，从而影响传感信号的准确性和真实性。这些影响必须最小化。考虑到结构健康监测中的传感点数量在实际应用中通常很大，需要尽可能地集成和小型化硬件。在软件方面，信号分析、监测和判断需要集成软件，这就需要编写可操作性强的人机交互软件。此外，很难在硬件方面实现大量的信号处理工作。有时软件可以用来代替硬件处理。这具有节约成本和缩短问题解决实践的优点。结构健康监测具有许多优点，弥补了传统监测技术的不足：可以实时监测和预测，节省损伤检测和维修费用；客观的历史记录减少了人为干扰，从而减少了人为错误和停机时间。自动测量保证了测量的可靠性。停工的减少和可靠性的提高保证了工程结构的高运行效率，大大降低了运行成本。由于结构健康监测具有上述优点，该技术已经应用于航空航天、船舶工业、民用建筑等许多领域。例如：(1)先进战斗机和扩展服务飞机的健康监测。目前，长航机在机队中占有一定比例，形势令人担忧。飞机的定期检查和例行检查需要花费大量的时间和费用。在线监测系统的使用有效地避免了飞机结构损伤带来的不安全因素，节省了大量的时间、人力和财力。(2)航天器和空间站的健康监测。宇宙飞船在探索宇宙奥秘中起着重要作用，是通向宇宙的桥梁。在他们的帮助下，我们已经了解了很多关于宇宙的奥秘和人类的生活环境。然而，常规监测需要极高的成本，而实时在线健康监测技术可以有效降低伤害的监测成本。(3)土木结构在线监测。在土木结构中，在线监测方法可以替代传统