結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

1、 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè) 編輯詞條 目 錄 1 概念 2 過程 3 理想的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法 4 工作流程圖 5 研究?jī)?nèi)容 概念 ? 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（ Structural Health Monitoring ，簡(jiǎn)稱 SHM ）是一種技術(shù)，是智能材料結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的一種很重要的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種仿生智能系統(tǒng)， 可以在線監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的 “健康 ”狀態(tài)。它采用埋入或表面粘貼的傳感器作為神經(jīng)系統(tǒng)，能感知 和預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷和損傷。結(jié)構(gòu)整體與局部的變形、腐蝕、支撐失效等一系列的非健康 因素，是一種對(duì)材料或結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損評(píng)估的方法。當(dāng)遇到突發(fā)事故或危險(xiǎn)環(huán)境，系統(tǒng)可通 過調(diào)節(jié)與控制使整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)恢復(fù)到最佳工作狀態(tài)

2、。系統(tǒng)還可通過自動(dòng)改變和調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的 形狀、位置、強(qiáng)度、剛度、阻尼或振動(dòng)頻率使結(jié)構(gòu)在危險(xiǎn)時(shí)能自我保護(hù)，并繼續(xù)生存下去。 過程 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的過程包括：通過一系列傳感器得到系統(tǒng)定時(shí)取樣的動(dòng)力響應(yīng)測(cè)量值， 從這些測(cè)量值中抽取對(duì)損傷敏感的特征因子，并對(duì)這些特征因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 ，從而獲得 結(jié)構(gòu)當(dāng)前的健康狀況。 理想的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法 理想的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法應(yīng)該能準(zhǔn)確的在損傷發(fā)生的初期，發(fā)現(xiàn)損傷并能夠定位 及確定損傷的程度，進(jìn)而提供結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估，并能預(yù)測(cè)損傷結(jié)構(gòu)的剩余壽命。 工作流程圖 研究?jī)?nèi)容 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在國(guó)民生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛， 特別是在工程中， 有很多材料結(jié)構(gòu)需要及時(shí)的維護(hù)及監(jiān)測(cè)，用傳

3、統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法耗時(shí)、費(fèi)力，并且費(fèi)用昂貴，而運(yùn)用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的技術(shù)就可以使這些缺點(diǎn)得到改進(jìn)。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）實(shí)時(shí)在線地監(jiān)測(cè)及安全性評(píng)估，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。 （2）依靠先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)，可減少勞動(dòng)力和降低人工誤判。 （3）可以及時(shí)的和最新技術(shù)相結(jié)合。 （4）大多數(shù)具有自修復(fù)功能。 （5）自動(dòng)化程度高，可以大大提高安全性和可靠性。 近年來，隨著材料和結(jié)構(gòu)損傷特征 信號(hào)處理 技術(shù)研究的進(jìn)展， 傳感 /驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究的深入，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)越來越多地應(yīng)用于實(shí)際的工程實(shí)踐中，比如先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和超期服役飛機(jī)的健 康監(jiān)控、航天器及 空間站的健康監(jiān)測(cè)和民用結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測(cè)。 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的主要研究?jī)?nèi)容包括傳感技

4、術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和集成技術(shù)。 1）傳感技術(shù) 在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，需要監(jiān)測(cè)的對(duì)象主要有應(yīng)力、應(yīng)變、 聲發(fā)射 、位移、壓力、溫度、結(jié)構(gòu)損傷等多種參數(shù)，而最常用的傳感器有： 光纖傳感器 、壓電元件和應(yīng)變?cè)?光纖傳感器有電絕緣、耐腐蝕、能在強(qiáng)電磁干擾等條件下工作等優(yōu)點(diǎn)，但成本較高，設(shè)備也比較復(fù)雜，應(yīng)用范圍可以從民用結(jié)構(gòu)到航空航天結(jié)構(gòu)。壓電元件既可以作為傳感器也可以用作驅(qū)動(dòng)器，靈敏度高，動(dòng)態(tài)性能好，應(yīng)用也比較廣泛，但它有脆性大、不易埋入結(jié)構(gòu) 中，低頻特性等缺點(diǎn)。應(yīng)變?cè)哂徐`敏度較高、靜態(tài)性能好和性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。上述傳感器不僅應(yīng)該滿足相應(yīng)測(cè)量點(diǎn)的要求，而且應(yīng)該能夠組成一種經(jīng)濟(jì)可靠的分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，

5、從而實(shí)現(xiàn)大范圍連續(xù)的健康監(jiān)測(cè)。 2）信號(hào)的采集與處理 信號(hào)的采集與處理系統(tǒng)可以說是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要部分，目前國(guó)內(nèi)外都在大力 開發(fā)相應(yīng)的軟件。從傳感器采集的信號(hào)包含很多信息，通常情況下，由于外界環(huán)境噪聲 的 影響及復(fù)合材料的復(fù)雜特性等原因，使得損傷特征信號(hào)的分析和提取異常困難，因此選擇 合適的信號(hào)處理方法就顯得尤為重要。 從數(shù)學(xué)意義上來說，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是一個(gè)非線性的反問題。在實(shí)際中采用模型分析、系統(tǒng)識(shí)別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 遺傳算法 、優(yōu)化計(jì)算等信號(hào)處理方法在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控上已經(jīng)取得了不少成果。然而大部分的研究是建立在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化以及可控制的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成的。因此，無論從實(shí)際結(jié)構(gòu)獲得測(cè)試數(shù)據(jù)還是對(duì)

6、實(shí)際結(jié)構(gòu)的理論分析，都要依靠大量歷史數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)，仍然都有很多工作要做。 3）系統(tǒng)集成 系統(tǒng)集成 包括軟件和硬件兩部分。在硬件集成上，將傳感器及驅(qū)動(dòng)器集成入主體結(jié)構(gòu) 會(huì)影響主體結(jié)構(gòu)的 機(jī)械性能 ，也會(huì)影響傳感器件的本身性能，從而影響到傳感信號(hào)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，這些影響必須減到最小?？紤]到結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)在實(shí)際的應(yīng)用中傳感點(diǎn)數(shù)目一般都是巨大的，所以要求硬件上盡可能的集成化和小型化。 軟件上，需要有集成的軟件做信號(hào)分析和監(jiān)測(cè)判斷，這就要求編出可操作性很強(qiáng)的人機(jī)交互軟件。并且很多的信號(hào)處理工作在硬件端的實(shí)現(xiàn)比較困難，有時(shí)就可以利用軟件的方法，來代替硬件處理。這樣的好處是節(jié)省費(fèi)用，解決問題實(shí)踐較短。

7、 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)具有眾多的優(yōu)勢(shì)彌補(bǔ)傳統(tǒng) 監(jiān)測(cè)技術(shù) 上的缺陷：能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)，節(jié)約了損傷探測(cè)與維護(hù)費(fèi)用；客觀的歷史紀(jì)錄數(shù)據(jù)減少了人力干擾，從而減少了人為誤差和停工時(shí)間；自動(dòng)化測(cè)量，保障了測(cè)量的可靠性；停工減少和可靠性增加，保障了工程結(jié)構(gòu)高的運(yùn)營(yíng)效率，大大降低了運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。 正因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以該技術(shù)被應(yīng)用于航空航天、建筑等諸多領(lǐng)域。例如： 船舶工業(yè) 、民用 （1）先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)和超期服役飛機(jī)的健康監(jiān)控。目前，超期服役飛機(jī)在機(jī)群中占有一定的比例，狀況令人擔(dān)憂，飛機(jī)的定檢及常規(guī)檢測(cè)需要花費(fèi)很多時(shí)間及費(fèi)用，而使用在線 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則有效避免了飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷造成的不安全因素，節(jié)省了大量的時(shí)間、 人力及財(cái)力。 （2）航天器及空間站的健康監(jiān)測(cè)。航天器在 探索宇宙 奧秘中發(fā)揮著重要的作用，是通往宇宙的橋梁。在它們的幫助下，我們了解了許許多多關(guān)于宇宙的奧秘，也了解了我們?nèi)祟惐旧淼纳姝h(huán)境。但常規(guī)的監(jiān)測(cè)需要極高的費(fèi)用，采用實(shí)時(shí)在線的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)可以有效的降低損傷的監(jiān)測(cè)成本。 （3）民用結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測(cè)。在民用結(jié)構(gòu)中，采用在線監(jiān)測(cè)的方法可以代替常規(guī)檢測(cè)方