玻璃钢雷达罩结构健康监测关键技术研究

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玻璃钢雷达罩是一种截球型复合板壳结构,用于保护雷达免受外界环境的干扰,提高雷达的工作性能,延长其使用寿命。由于雷达罩多分布于野外,无人值守,因此很多时候不能及时发现雷达罩的损坏,导致雷达工作可靠性降低,甚至破坏,造成不可挽回的损失。为此,有必要结合结构健康监测技术,对雷达罩的工作状态进行实时监测,对结构可能出现的损伤进行及时评估和安全预警。尽管目前结构监测技术已较为成熟,但在雷达罩方面的研究和应用还较少,因此有必要结合雷达罩结构的特点开展系统研究,建立切实有效的健康监测体系。本文首先搭建了雷达罩结构健康监测物理系统,然后对雷达罩健康监测的两个关键技术:传感器优化布置以及雷达罩损伤识别进行研究,提出了有针对性的解决方法,并通过数值模拟和试验进行了验证。主要研究内容为:(1)对玻璃钢雷达罩的监测系统进行研究,提出了雷达罩健康监测系统设计的整体思路。以监测目的为导向,提出了基于加速度监测的雷达罩监测系统,并结合一2.8米直径的雷达罩设计并搭建了监测系统。利用系统采集到数据,分别采用频域分解法、随机子空间法识别雷达罩频率,与有限元建模分析结果进行对比,验证了数值模拟方法的准确性。(2)针对仅识别频率时,目前传感器优化方法的不适用性,利用数值模拟方法进行研究,提出了基于模态动能平均差的传感器布置效果判定指标和频率识别最佳测点布置方法。通过多个算例验证了方法的适用性和有效性。(3)对雷达罩损伤识别方法进行研究。首先引入频率协整的损伤识别方法,研究协整余量损伤指标对于雷达罩结构的敏感性,进而提出了频率与频率协整的协同预警机制。针对频率协整方法所需数据量大的问题,引入卡尔曼滤波协整关系跟踪的损伤识别方法。针对实际结构采样量的非线性,提出了粒子滤波协整关系跟踪的损伤识别方法。分别用模拟、试验验证了两种方法的有效性,分析两种方法各自的优势。
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