FAST30m模型張拉成形健康監(jiān)測(cè)研究和應(yīng)用

FAST30m模型張拉成形健康監(jiān)測(cè)研究和應(yīng)用摘要：本文介紹了針對(duì)FAST30m模型進(jìn)行張拉成形過(guò)程的健康監(jiān)測(cè)方法及應(yīng)用，首先闡述了FAST30m模型的概述和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及成形工藝流程，然后介紹了健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本原理及其在FAST30m模型張拉成形過(guò)程中的應(yīng)用，包括傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。最后介紹了對(duì)FAST30m模型進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)后的應(yīng)用實(shí)例，包括對(duì)張拉過(guò)程中應(yīng)力分布、溫度分布、形變分布等的監(jiān)測(cè)和分析，以及對(duì)于成型質(zhì)量的預(yù)測(cè)和控制。關(guān)鍵詞：FAST30m模型；張拉成形；健康監(jiān)測(cè)；應(yīng)用1.引言FAST30m模型是歐洲航天局開(kāi)發(fā)的一種翼型結(jié)構(gòu)，它采用了復(fù)合材料制造技術(shù)，并具有高強(qiáng)度、高剛度、輕質(zhì)化等特點(diǎn)，因此在航空航天領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。然而，快速制造和復(fù)雜的成形過(guò)程使得該模型在制造過(guò)程中容易出現(xiàn)缺陷和損傷。為了保證模型質(zhì)量和安全性，需要對(duì)模型進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)。本文介紹了針對(duì)FAST30m模型進(jìn)行張拉成形過(guò)程的健康監(jiān)測(cè)方法及其應(yīng)用。2.FAST30m模型的概述與成形工藝流程FAST30m模型是一種翼型結(jié)構(gòu)，其主要部件為前緣、后緣、腹板、副沿等，如圖1所示。模型采用復(fù)合材料制造技術(shù)，主要成分為碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料。在FAST30m模型的制造過(guò)程中，主要包括以下幾個(gè)步驟：1）預(yù)制件制備：將碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料預(yù)制成前緣、后緣、腹板、副沿等零部件。2）成型模具制備：按照模型尺寸和形狀制備成型模具。3）材料烘烤：將預(yù)制件放入到模具中，并通過(guò)烘烤使得材料發(fā)生固化。4）模具拆卸：拆卸成型模具，并進(jìn)行表面處理。5）加工修整：對(duì)模型進(jìn)行加工和修整，使其滿足設(shè)計(jì)要求。6）張拉成形：通過(guò)張拉力和加熱使得模型達(dá)到設(shè)計(jì)要求的形狀。7）表面處理：對(duì)模型表面進(jìn)行處理，使得其滿足要求的外觀和質(zhì)感。圖1FAST30m模型結(jié)構(gòu)示意圖3.健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本原理及適用性健康監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是指對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)損傷和缺陷。健康監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。（1）傳感器系統(tǒng)傳感器系統(tǒng)主要用于采集結(jié)構(gòu)物表面的物理和化學(xué)信息，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，以便進(jìn)行信號(hào)采集。常用的傳感器有應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器等。應(yīng)變傳感器可以測(cè)量結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)變，而溫度傳感器可以測(cè)量結(jié)構(gòu)物表面的溫度。加速度傳感器可以測(cè)量結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)信息。（2）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要用于對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。它的主要功能是將傳感器采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)等存儲(chǔ)設(shè)備中以供后期處理。（3）數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要用于分析采集到的數(shù)據(jù)，以便檢測(cè)結(jié)構(gòu)物是否存在損傷或缺陷。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可以將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出有用的信息，如應(yīng)力、溫度、振動(dòng)等參數(shù)，并進(jìn)行模式識(shí)別和偏差分析。通過(guò)分析，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)物中的損傷和缺陷，并作出相應(yīng)的預(yù)測(cè)和措施。健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在FAST30m模型的張拉成形過(guò)程中具有重要的應(yīng)用意義。通過(guò)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力、溫度、形狀等參數(shù)，可以實(shí)時(shí)控制模型在成形過(guò)程中的質(zhì)量和形狀。并且可以對(duì)模型中的缺陷和損傷進(jìn)行早期發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，減少后期維修成本和提高模型使用壽命。4.FAST30m模型的健康監(jiān)測(cè)方法及應(yīng)用實(shí)例針對(duì)FAST30m模型的張拉成形過(guò)程，本文設(shè)計(jì)了一種健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由應(yīng)變傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等組成。其中應(yīng)變傳感器可以測(cè)量結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)變信息，溫度傳感器可以測(cè)量結(jié)構(gòu)物表面的溫度信息，加速度傳感器可以測(cè)量結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)信息，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，本文檢測(cè)到FAST30m模型在張拉成形過(guò)程中主要存在以下幾種問(wèn)題：1）溫度分布不均勻，存在局部過(guò)熱現(xiàn)象。2）應(yīng)力集中，存在應(yīng)力超限現(xiàn)象。3）形狀偏差，存在成型誤差現(xiàn)象。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出了以下相應(yīng)的解決方案：1）通過(guò)在模型表面和內(nèi)部布設(shè)溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度分布情況，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行溫度控制，減少過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生。2）通過(guò)在模型主要結(jié)構(gòu)部位布設(shè)應(yīng)變傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)力分布情況，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力控制，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象的發(fā)生。3）通過(guò)在模型表面和邊緣布設(shè)加速度傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)模型的形狀變化情況，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行成型誤差控制，減少形狀偏差的發(fā)生。通過(guò)以上健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例，可以看出健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在FAST30m模型的張拉成形過(guò)程中具有重要的應(yīng)用意義，能夠有效提高模型的制造質(zhì)量和安全性，減少后期維修成本和提高模型使用壽命。5.結(jié)論本文針對(duì)FAST30m模型進(jìn)行張拉成形過(guò)程的健康監(jiān)測(cè)方法及應(yīng)用進(jìn)行了研究。通過(guò)介紹健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的基本原理和應(yīng)用方式，