光纤智能结构的软计算方法研究

论文题目: 光纤智能结构的软计算方法研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 测试计量技术与仪器

作者: 杨明

导师: 梁大开

关键词: 智能材料结构,光纤传感器,传感器,概念格,容差近似空间,软计算

文献来源: 南京航空航天大学

发表年度: 2005

论文摘要: 结构的健康监测是近年迅速发展的应用技术,目的是增加结构可靠性,降低维修成本。其关键是结构中的控制器部分。控制器是智能结构的中枢,其控制和监测评估对象就是结构本身。由于所处环境的不确定性与时变性,加之智能结构本身是一个复杂系统,既有表现为确定性数量的数据信息,又有用自然语言描述的模糊信息,因此要求控制器应具有高度的智能化,具有一定的鲁棒性和学习功能。所以软计算方法是适应智能结构控制器的智能化控制要求的。软计算是正在发展起来的一种计算方法,它与人脑相对应,具有在不确定及不精确环境中进行推理和学习的卓越能力。软计算有若干种计算方法构成,包括神经网络理论、模糊集合理论、近似推理及一些优化方法。软计算作为一种创建计算智能系统的新颖的方法,正在引起人们的关注。目前我们已经认识到,复杂的实际问题如对智能结构的监测,需要智能系统对各种不同来源的知识、技术和方法进行组合。设计这类智能系统的精髓就是软计算。所以本文主要讨论了软计算方法在光纤智能结构健康监测中的应用,主要的工作有以下几点:第一,光纤智能结构是将具有仿生命功能的光纤传感器和致动器与基体材料结合,使结构可以自己调整结构参数以适应外界变化。其中光纤传感器既能传感又能传输信息,是目前智能结构中最常用的和最有前途的智能材料之一。文中论述了F–P和Bragg光栅两种最有希望在智能结构中应用的光纤传感器的原理及相关的实验和相应的光纤智能夹层的情况。第二,信息粒度计算是软计算科学中的一个重要分支,是模糊的、不完整的、不精确的及海量的信息处理的重要工具和人工智能研究领域的热点,粒度计算从实际出发,用可行的满意近似解代替精确解,改变了传统的计算观念,使信息的处理更科学、合理、经济和易于操作。本文将信息粒度原理和粒度计算运用到结构的状态综合评估中,分别引入字符型颗粒和数字型颗粒来定量描述智能结构中的字符特征和数字特征。最后综合两种特征给出一种更趋合理的状态评估输出。并在性能上与神经网络方法做了比较。第三,更进一步地,论述了基于概念格产生带有可信度的规则、并根据规则进行状态评估的普遍的方法。概念格是知识的一种表现模型。本文建立了容差近似空间的一种广义概念格结构,给出了定义,描述了建立方法和由它产生规则的原则。讨论了计算复杂性问题。最后,在实际机翼上的实验验证了光纤智能夹层和信息处理的有效性。提出了“膜上系统”(SOM)的概念,对于文中尚未解决的问题提出了若干解决方案。本文得到国家自然科学基金(No.50135030和No.90205031)的支持。

论文目录:

第1章 绪论

1.1 智能材料结构概述

1.2 光纤智能结构自诊断

1.2.1 光纤智能结构的研究进展

1.2.2 智能结构的损伤检测

1.3 智能结构中的控制器及智能运算

1.3.1 软计算方法处理结构的自诊断问题

1.3.2 通过软计算的知识获取

1.4 本文的研究工作和组织安排

1.5 本章小节

第2章 用于分类的粗糙集和信息粒度原理

2.1 粗糙集理论

2.1.1 粗糙集理论

2.2 信息粒度原理

2.2.1 信息粒度的形式化描述

2.2.2 不同粒度世界的关系

2.2.3 粒子计算模型

2.2.4 粒子计算

2.3 基于信息粒度与 Rough 集的聚类方法

2.4 细化和粗化

2.4.1 细化操作

2.4.2 粗化操作

2.5 在结构状态评估上的应用

2.6 本章小结

第3章 信息粒度和粗糙集在结构损伤评估上的应用

3.1 特征选择与结构状态离散化

3.1.1 试件设计与制作

3.1.2 特征量的选择

3.1.3 状态的离散化

3.2 结构的状态信息颗粒及算例

3.3 一些讨论

3.4 本章小节

第4章 基于概念格的智能结构综合评估

4.1 基本概念与理论

4.1.1 等价关系与近似空间

4.1.2 概念格

4.1.3 广义近似空间和广义概念格

4.1.4 格的构造及应用

4.1.5 目前的研究热点

4.2 裂纹的量化处理

4.2.1 分形的基本概念

4.2.2 分形维数

4.2.3 物理分形与数学分形

4.2.4 疲劳短裂纹的分形维数

4.3 广义概念格在结构状态评估中的应用

4.4 本章小结

第5章 光纤智能结构在机翼盒段试件上的实验研究

5.1 智能材料结构中的光纤传感器

5.1.1 F-P 光纤传感器

5.1.2 Bragg 光栅传感器

5.2 光纤智能夹层

5.3 光纤智能结构在机翼盒段实验件评估上的应用

5.3.1 光纤智能夹层的分布

5.3.2 损伤评判

5.3.3 损伤规则的提取

5.4 本章小结

第6章 进一步的研究方向及初步设想

6.1 友好的界面与简洁的结构

6.2 结论的推广

6.3 损伤的定位

6.4 时间分形的应用

6.5 无线传感网络的应用

6.5.1 无线自组织传感器网络的生成

6.5.2 微传感网络的管理

6.5.3 “膜上系统”及其在智能材料结构中的应用

6.6 属性测度理论与反演理论的应用

6.6.1 属性测度理论

6.6.2 反演处理理论

6.7 本章小结

第 7章 总结及展望

7.1 全文的总结

7.2 若干展望

7.3 结束语

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录

发布时间: 2006-09-05

参考文献

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