基于模糊神经网络的复合材料损伤主动监测技术研究

论文摘要

复合材料结构以其优异的性能,在航空航天结构中的应用日益广泛。但是复合材料的各向异性,使它在损伤、失效等方面判别困难,给结构安全带来隐患。结构健康监测一个很重要的目的就是实现复合材料结构损伤定位。本文将超声Lamb波用作试验层合板损伤信息的载体,通过时频信号处理技术提取损伤特征参数,结合模糊神经网络识别复合材料层合板的损伤。本文首先研究了面向结构健康监测的集成软件系统的设计与实现。该系统基于虚拟仪器思想,在Labview环境下利用数据输出卡PCI-1721和高速多功能输入卡PCI-1714实现任意波形的激励信号输出、高速连续数据采集和信号处理等功能。其次,根据瑞利—兰姆方程分析Lamb波的多模式和频散现象,通过绘制频散曲线分析Lamb波在不同介质下的传播特性,以确定实验样件的尺寸及传感器的布置。利用上述数据采集系统采集实验过程中的Lamb波信号,进行信号时频变换提取损伤特征参数,为模糊神经网络的训练和测试提供数据。再次,研究了模糊推理系统和神经网络的理论和特点,两者的优点相结合建立T-S型及其改进型模糊神经网络模型,研究其学习算法并通过Matlab进行仿真。最后,根据采集信号提取损伤特征系数,结合上述理论将模糊神经网络运用于结构损伤的识别,判断复合材料的损伤程度和位置,用试验数据作为教师信号对网络进行训练,并测试网络的泛化能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料结构健康监测技术概论
• 1.1.1 结构健康监测简介
• 1.1.2 主动监测技术的内容
• 1.1.3 结构健康监测的应用前景
• 1.2 用于结构健康监测的数据采集系统
• 1.3 超声 Lamb 波在结构健康监测中的应用
• 1.4 模糊神经网络在结构损伤识别中的应用
• 1.5 论文主要研究内容及意义
• 第二章 面向结构健康监测的数据采集系统
• 2.1 虚拟仪器简介
• 2.2 Labview 概述
• 2.3 数据采集系统设计
• 2.3.1 波形输出模块的设计
• 2.3.2 数据采集模块的设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 Lamb 波分析和信号处理
• 3.1 Lamb 波综述
• 3.2 Lamb 波的频散特性
• 3.3 Lamb 波的产生
• 3.4 Lamb 时频分析
• 3.4.1 小波分析
• 3.4.2 HHT 变换
• 3.5 本章小结
• 第四章 模糊神经网络理论
• 4.1 模糊理论
• 4.1.1 模糊化
• 4.1.2 模糊推理
• 4.1.3 反模糊化
• 4.1.4 模糊控制的特点
• 4.2 人工神经网络
• 4.2.1 神经元和神经网络结构
• 4.2.2 常用的几种神经网络结构
• 4.2.3 神经网络结构的学习算法
• 4.2.4 BP 神经网络
• 4.3 神经网络和模糊控制的融合
• 4.4 本章小结
• 第五章 模糊神经网络在结构损伤定位中的应用
• 5.1 损伤定位系统装置
• 5.2 损伤信息的提取
• 5.3 损伤定位方法研究
• 5.3.1 T-S 型模糊神经网络应用于损伤识别
• 5.3.2 T-S 型模糊神经网络的不足
• 5.3.3 T-S 改进型模糊神经网络用于损伤识别
• 5.3.4 学习算法
• 5.3.5 试验仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 存在的问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的文章