基于聲發(fā)射技術(shù)鋁合金平板超高速撞擊損傷模式識別方法.pdf

1、隨著人類航天活動的日益頻繁,空間碎片環(huán)境逐漸惡化,并對在軌航天器的安全運行構(gòu)成了嚴重威脅。建立空間碎片撞擊在軌感知系統(tǒng)對航天器遭受空間碎片撞擊事件進行實時監(jiān)測具有重要意義,其中航天器結(jié)構(gòu)超高速撞擊損傷模式識別是空間碎片撞擊在軌感知系統(tǒng)的重要功能模塊?；诼暟l(fā)射在軌感知技術(shù)是最適合的航天器損傷監(jiān)測手段之一,利用聲發(fā)射技術(shù)實現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)超高速撞擊損傷模式識別是當前空間碎片撞擊在軌感知系統(tǒng)研制的重點和難點。
　　基于以上背景,本文以鋁合

2、金球形彈丸超高速正撞擊鋁合金平板作為研究對象,對聲發(fā)射信號獲取和分析方法、聲發(fā)射信號波動特征表征方法、聲發(fā)射信號損傷特征參數(shù)提取與選擇、損傷模式識別方法等問題進行了系統(tǒng)研究,并分別提出了基于近鄰分類和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鋁合金平板超高速撞擊損傷模式識別方法。
　　本文研究范圍為:直徑介于1~5mm之間鋁合金球形彈丸超高速正撞擊厚度為3mm鋁合金平板,撞擊速度范圍為100~5000m/s。
　　首先,利用小波分析和振蕩能量概念處理超高速

3、撞擊聲發(fā)射信號。研究結(jié)果表明:以聲發(fā)射信號及小波分解成分a4(db10)、d4(sym8)、d3(ciof5)在前45μs的振蕩能量值作為損傷特征參數(shù)能夠表征鋁合金平板超高速撞擊損傷模式;較之參數(shù)分析法和頻譜分析法,利用小波分析和振蕩能量概念處理超高速撞擊聲發(fā)射信號能夠提取更為豐富的有用信息。
　　其次,分別利用近鄰分類法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對鋁合金平板擊穿或成坑、彈丸直徑和彈孔直徑范圍進行識別。識別結(jié)果表明:近鄰分類法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法均

4、能夠很好地識別鋁合金平板擊穿或成坑,平均識別正確率分別大于96.00％和93.00%;利用不同近鄰分類法和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對彈丸直徑進行識別,當驗證樣本彈丸直徑屬于訓(xùn)練樣本彈丸直徑集時平均識別正確率分別為87.57%~96.32%和96.27%,當彈丸直徑不屬于訓(xùn)練樣本彈丸直徑集時平均識別正確率分別為81.73%~83.06%和78.44%;利用不同的近鄰分類法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對彈孔直徑范圍進行識別,當驗證樣本彈丸直徑屬于訓(xùn)練樣本彈丸直徑

5、集時平均識別正確率分別為96.24%~96.69%和89.77%~93.36%,當彈丸直徑不屬于訓(xùn)練樣本彈丸直徑集時平均識別正確率分別為89.77%~93.36%和81.06%~82.75%。
　　最后,通過平均識別正確率和最高識別正確率比較近鄰分類法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對鋁合金平板損傷模式和彈丸直徑的識別效果,分析了這兩種模式識別方法在本文研究范圍內(nèi)的優(yōu)劣性。研究結(jié)果表明:近鄰分類法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法均能夠較好地識別鋁合金平板擊穿或成坑;

6、近鄰分類法對彈丸直徑和彈孔直徑范圍的識別效果優(yōu)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,其中距離加權(quán)近鄰分類法的識別效果最優(yōu);較之近鄰分類法和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別結(jié)果具有隨機性的特點限制了其在鋁合金平板超高速撞擊損傷模式識別領(lǐng)域的運用。
　　本文的研究成果對服役于空間碎片環(huán)境下,在軌航天器復(fù)雜結(jié)構(gòu)超高速撞擊損傷模式識別方法的研究具有借鑒意義,并為空間碎片撞擊在軌感知系統(tǒng)損傷模式識別功能模塊的研制提供了技術(shù)支持,具有一定的工程應(yīng)用價值和理論指導(dǎo)意義