1. 研究目的与意义
航空航天设备、机械设备等结构在服役过程中会受到意外冲击作用，该类冲击可能诱导损伤，并随时间累积扩展，甚至引起结构突发性失效，因此有必要对结构进行冲击监测以确保其安全性，从而避免人力、财力的损失．尤其是针对复合材料板，冲击易造成结构脱粘、分层，导致结构整体强度降低。碳纤维复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀、加工成型方便及弹性优良等特点，已广泛应用于航空航天领域。飞行器在制造、维修和运输过程中易受到意外物体的冲击，尤其是低速冲击，冲击作用会使飞行器复合材料层合板内部的力学性能严重退化，使结构的机械强度和承载能力大幅下降。多项研究和实验观测表明，冲击点背面损伤强度低于冲击点处的损伤强度，低速冲击极易造成飞行器结构的目不可检损伤，严重威胁结构的安全。多数情况下，冲击损伤监测需要首先对冲击位置进行识别。
2. 课题关键问题和重难点
监测系统响应中的冲击现象可以发现系统内部的损伤情况。但是，实际状态监测系统所采集到的信号是结构在随机工作载荷作用下的响应，杆件失稳或板壳裂纹所导致的异常冲击响应淹没在工作载荷产生的正常随机信号之中，在时域波形上很难进行直观识别。而冲击信号和随机响应都有很宽的频带并且相互重叠，因而也很难在频域直观分辨。
为了提高复合材料结构冲击定位的精度和实时性,将阵列信号处理技术引入到结构健康监测领域,小波变换具有多分辨力分析的特点，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，是一种时频局部化分析方法，在低频部分具有较高的频率分辨力和较低的时间分辨力，而在高频部分具有较低的频率分辨力和较高的时间分辨力，很适合探测正常信号中夹带的瞬态反常现象。而小波包分析能够为信号提供一种更加精细的分析方法。它将频带进行多层次划分，对多分辨分析没有细分的高频部分进行进一步分解，并能够根据被分析信号的频率，自适应地选择相应频带，使之与信号频谱相匹配，从而提高时频分辨力，因此小波包具有更广泛的应用价值。本课题采用两相邻点冲击的小波包能量特征向量之间的相似性来实现定位。
3. 国内外研究现状（文献综述）
时间反转是指传感阵列接收到声源发射的时域信号后，将其信号时域反转后再发射出去的方法。利用时间反转理论的自适应聚焦性，联系时间反转过程与互相关函数处理过程的相似性，利用互相关函数幅值定位冲击。根据时反理论，通过接收信号的时反信号与传递函数做卷积处理得到重构信号，因此可将重构信号看作是传递函数与传感器接收信号的互相关处理。考虑到传递函数近似于对应传递路径脉冲响应信号。因此可以由冲击响应与脉冲响应的互相关函数幅值成像法确定冲击位置。[1]
针对复合材料冲击载荷监测，国内外研究人员建立了冲击过程中层合板的应变和应力分布数学模型和冲击损伤模型如准静力模型、接触－冲击模型，研究了冲击对复合材料力学性能的影响，得到了复合材料在不同冲击载荷下的损伤机理。但由于复合材料本身的密度分布、界面分离、夹杂、树脂固化不良等因素的影响，常用的无损检测方法在判断冲击位置时存在一定误差，更重要的是无法实现冲击的实时在线监测。为实现复合材料飞行器结构的冲击载荷自检测，采用光纤布拉格光栅传感器（FBG）网络对低速冲击的位置进行实时主动监测。FBG传感器体积小、径细，外形犹如一根光纤，将其粘贴与复合材料结构表面不影响材料结构本身的力学性能，与电量型传感器相比，具有抗电磁干扰的优良特性，适合应用于航空航天领域。提出的方法采用小波包分析方法提取冲击响应不同频段内的信号能量特征指标，将小波包能量谱中关键频率段对应的能量值作为样本。[2]
针对CFRP的低速冲击位置识别问题，提出了基于数据模板匹配的FBG冲击定位方法。通过提取低速冲击样本信号的幅频特性，作为冲击样本信号特征，建立低速冲击数据模板库。当CFRP板遭受低速冲击时，提取FBG传感器检测的冲击信号特征，采用数据模板匹配算法，与低速冲击数据模板库进行数据模板匹配，并取最大相似度所对应的低速冲击数据模板的位置坐标作为当前冲击位置。实验表明，基于数据模板匹配的FBG冲击定位系统对实验选取的10个低速冲击点都做出了准确定位，在500500mm2mm的CFRP板上对任意10个待测点进行低速冲击试验，基于数据模板匹配的FBG冲击定位系统均实现准确定位，区域定位精度为80mm80mm。因此，利用FBG传感网络，结合频谱特性分析和数据模板匹配算法实现CFRP的低速冲击位置识别具有可行性。同时，为进一步提高区域定位精度，可进一步细分区域网格和增加数据样本模板数。[3]
4. 研究方案
首先收集大量相关资料，然后参考相对应的方案，进而着手自己的方案设计。先通过资料的收集，制定实验所需器材的清单，如各种相应的传感器设备。通过理论来指导实践，可以先通过画图纸的方式将实验程序一步一步确立下来，之后再通过具体的动手实践，搭建实物的实验平台，完成硬件的搭建，之后在实验中进行数据的测量和采集，最后进行数据统计与分析，最终产生相应的实验结果，如果实验结果并不如意，需要仔细考量实验的整个过程，提高实验各个程序中的精确性。最后，依照实验设计的全过程以及实验结果来完成相应的毕业设计论文。
5. 工作计划
第1周接受任务书，领会课题含义，熟悉课题，按要求查找相关资料；
第2周阅读相关资料，分析整理资料，理解有关内容；
第3周翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
