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复合材料目视损伤检验影响因素的灰色关联系统工程分析

时间:2018-05-03 21:03来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇系统工程论文,系统工程是在现代化的“大企业”、“大工程”、“大科学”出现后,产品构造复杂、换代周期短、生产社会化、管理系统化、科学技术高度分化又高度综合
本文是一篇系统工程论文,系统工程是在现代化的“大企业”、“大工程”、“大科学”出现后,产品构造复杂、换代周期短、生产社会化、管理系统化、科学技术高度分化又高度综合等历史背景下产生的。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇系统工程论文,供大家参考。
 
第一章 绪论
 
1.1 研究背景与意义
现代飞机由于其飞行环境和载荷的随机性以及结构的复杂性,出于对安全性和经济性的考虑,飞机结构需要满足高可靠性、重量轻、耐久性和低成本等要求。先进复合材料由于其具有比强度和比刚度高、性能可设计等许多优异特性,将其用于飞机结构上,可比常规的金属结构减重 25%~30%,并可明显改善飞机气动弹性特性,提高飞行性能,这是其他材料无法或难以达到的。同时复合材料易于整体成形、优异的抗疲劳和耐腐蚀特性有可能使得复合材料结构的寿命成本大大低于传统的金属结构。先进复合材料的广泛应用还可进一步推进隐身和智能结构设计技术的发展,因此,先进复合材料在飞机上应用的部位和用量的多少现已成为衡量飞机结构先进性的重要指标之一。在固定翼机型上,A380 大型客机上复合材料用量达到 25%。Boing787 客机主机翼和全机身上大胆使用全复合材料,其复合材料用量占到了机体结构的 53%,如图 1.1 所示。而与之竞争的 A350-XWB 客机上,复合材料用量更是高达 53%。预计规划中的 A320X 和 Boing737X 的复合材料用量均将高于 50%。在国内,近年来,随着国家大型客机、大型运输机的立项研发以及新型先进无人机的问世,复合材料在国内民用和军用飞机结构上的应用将得到大幅度的提升,应用比重和结构部位也会越来越多。目前我国自主研制的 C919 大型客机上采用了先进复合材料,未来的宽体客机也将大量采用复合材料,这意味着复合材料应用于民用客机结构设计的时代已经到来。FAA(Federal Aviation Administration)报告对飞机的安全性做出了明确的表述,要求飞机在包含可能的亚临界裂纹与缺陷的情况下,仍能保持适航状态。因此不可能确定整个飞机完全的结构冗余,而且损伤容限飞机的持续适航严重依赖于裂纹和缺陷在达到其临界尺寸前能够被检出的检测程序的执行[3]。图 1.2 为 5J 和 15J 冲击能量下的复合材料表面和内部冲击损伤情况。从中可以看出,虽然经无损检测手段检查发现复合材料平板的内部已经出现了较大范围的损伤,即红色区域所示,但是平板受冲击的表面上无法或很难分辨出损伤痕迹,由于结构承载能力因内部产生的分层损伤而下降,且日常维护中很难通过目视检测发现冲击损伤,所以这种损伤状态严重威胁复合材料结构的安全使用。
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1.2 国内外研究现状
灰色关联分析作为一种技术方法,不同于数理统计中的回归分析、方差分析、主成分分析等系统分析法,它对样本量的多少和样本有无规律都没有要求,而且计算量小,十分方便。它是以各因素的样本数据为依据,用相应的灰色关联度来描述因素间关系的大小。值得注意的是,它强调的是灰色关联序而不是具体关联度的数值大小。在灰色关联分析模型方面:刘思峰[6]等以灰色绝对关联度模型为基础,分别从相似性和接近性两个视角来测度序列之间的相互关系并提出了两个新模型,新模型同原模型相比,更易于实际应用,但是需要注意,接近关联度只适用于序列的意义、量纲完全相同的情况,当序列的意义、量纲不同时,研究其接近关联度没有意义。谢乃明等[7]在综合分析几类常用关联度模型后,给出平行性和一致性定义,并且指出很少有关联度能同时满足这两个性质。唐五湘[8]提出 T型关联度的概念及其算法,并讨论了其特性。梅振国[9]通过对关联度计算方法的深入研究,提出了绝对关联度的概念并给出了相应地计算方法,使关联度具有新的特性。党耀国等[10]对灰色斜率关联度进行了改进,使得改进后的关联度能够反映序列的正负相关关系,并且易于在计算机上实现。孙玉刚等[11]对现有 T 型关联度进行了改进,并通过实例表明改进后的关联度能够更真实地反映序列曲线的关联程度,所得结果与现有模型相比更加客观可靠。崔立志[12]在已有的灰色关联度模型基础上,利用参考序列和比较序列的斜率差异程度提出一种新的灰色关联分析模型并证明其性质,增加了原有模型的实用性。张志勇[13]引入白化权函数来表征区间灰数的分布信息,构造了一个基于白化权函数的区间灰数关联度模型,通过实例验证了模型的科学性和可行性,并在供应商选择等方面有着广泛的应用前景,但是值得商榷的是,文中计算关联度的方法不一定是最科学的,继续探索其他更为合理的方法是下一步的研究重点。施红星[14]提出了振幅关联度模型,证明该模型只与波形的波动振幅大小和方向有关,不受曲线波形的序列间隔影响。刘勇[15]利用数列曲线的平均相对变化态势构建了一种新的灰色绝对关联度模型,并探讨了模型的性质,利用实例验证发现新模型计算简单并且更与实际相符,但是该模型并不完全满足传统的灰色关联度四公理。综上所述,不同关联度模型计算出的关联度存在差别,这是由于各种灰色关联度的计算原理和出发点不同所导致的。因此,在选用灰色关联度计算统计序列间的相互关系时,应根据关联影响的分析角度选择合适的灰色关联分析模型。上述这些新模型与新方法的提出都极大的完善了灰色关联分析理论,也更进一步拓宽了灰色关联分析的应用范围。
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第二章 灰色关联分析介绍
 
众所周知,世间万物都是互相联系的,各个事物其本质都存在一定的关联。因此,“抛开现象看本质”寻找事物内部的联系就变成了不可或缺。再者,对于事物之间的影响因素来说,分辨出主次因素的方法,不一定需要复杂的量化,大部分时候对因素间进行排序就可以解决这一问题。根据排序结果,可以对主要因素加强管理,次要因素减小投入,便可以为相关领域提出合理建议,实现从理论到实践的一次飞跃。在这种大背景下,灰色关联分析应运而生。作为灰色系统理论的主要内容之一,灰色关联分析不仅计算简单而且使用方便,主要适用于灰色系统一直致力于研究的“小样本贫信息”问题。其基本思想就是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。具有很大的实际应用价值。与此同时,我国发展进入转型阶段,统计数据的不完备使得其不满足于一般数理统计所要求的分布规律,这就让善于从有限数据中挖掘有效信息的灰色系统理论得以迅速发展。本章对灰色关联分析做一个系统阐述。
 
2.1 灰色关联分析基本概念
在进行灰色关联分析之前,首先要根据实际情况选择反映系统特征行为序列,在确定了系统特征行为序列之后,经过对具体问题的定性分析找到系统相关因素序列,之后就可以对系统进行关联分析。区间值化算子最重要的作用除了消除数据序列量纲之外,还可以使得经过其处理过的序列在 0 到 1 的区间内。以上便是一些最常用到的灰色关联算子,在应用中可以根据实际情况选用不同的算子对数据序列进行初始化处理。
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2.2 本章小结
本章首先对灰色关联分析理论进行了系统地梳理,从基本概念,数据变换到常用的基本模型,然后对灰色关联序和优势分析进行了介绍,旨在为下文利用改进的灰色关联模型解决实际问题打下基础。本章主要完成了以下方面的工作:(1) 系统的对灰色关联分析概念进行阐述。(2) 介绍了几个常用的基本灰色关联模型,并总结了模型的使用范围和本质特征。(3) 对灰色关联序和优势分析理论进行阐述,明确其方法特点,为后文利用灰色关联矩阵对目视损伤检验工作进行分析打下坚实基础。
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第三章 复合材料目视损伤检验试验.......18
3.1. 目视检验试验设计 .... 18
3.1.1 试验件....... 18
3.1.2 落锤冲击试验.... 20
3.1.3 冲击损伤的目视检验要求...........21
3.1.4 目视检验方案..... 23
3.2 目视检验试验结果 ..... 24
3.3 本章小结 ............ 26
第四章 基于非等间距灰色接近关联模型的构建.....27
4.1 基于非等间距的灰色接近关联模型的建立 ...........27
4.2 算例........... 32
4.3 本章小结 .... 33
第五章 基于非等间距灰色接近关联模型的目视损伤检验分析........34
5.1 目视损伤检验影响因素的灰色关联分析 .....34
5.2 目视损伤检验试验结论 ...... 42
5.3 改善目视损伤检出水平的建议 ............42
5.4 本章小结 ............ 43
 
第五章 基于非等间距灰色接近关联模型的目视损伤检验分析
 
5.1 目视损伤检验影响因素的灰色关联分析
根据第三章复合材料目视损伤检验试验结果,考虑将所研究影响因素的检验检出次数在不同凹坑深度下的取值作为平面空间中的点,并将相邻的数据点两两连接,由此可以将数据序列映射为平面上的连续折线,如图 5.1 所示。通过上章构建的基于非等间距的灰色接近关联模型,分别选取检验次数iX 为系统特征行为序列,检出次数jX 为相关因素序列进行关联分析计算,得到不同影响因素情况下的不同损伤检验结果。所以在室内进行目视损伤检验时,白色试验件最容易检验出来凹坑,其次是绿色试验件,最差是黑色试验件,这是因为飞机未涂漆时的颜色为黑色,在受到外部能量冲击时造成的凹坑会呈现黑色,考虑色差的影响,所以在白色试验件上面最容易发现黑色凹坑,黑色试验件则最不容易发现凹坑。就目视检测角度而言,目视检验角度 45°会稍微优于 15°检验角,60°的检验角检验结果最差,但是总体来看区别不是很大,考虑到误差影响,室内检验角度对检验结果的影响作用微乎其微,在这里我们可以不考虑角度对检验结果的影响。
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总结
 
自灰色系统在 1982 年诞生以来,以其善于处理无典型分布的数据序列而在近年快速发展。本文便是在前人的基础上,主要对灰色关联分析的应用进行了一定程度的研究。针对复合材料目视损伤检验试验的影响因素问题,发现有关实验数据不仅较少,更是没有办法满足典型分布规律,故本文对现有灰色关联模型进行改进,构建了基于非等间距序列的灰色接近关联模型,本模型不仅很好地解决了复合材料目视损伤检验试验的影响因素问题,给今后复合材料损伤检测工作提供了合理建议,并且在以后分析类似问题时也可以运用此模型,具有一定意义。现将主要工作总结如下:
(1) 对灰色关联模型进行梳理,分析常用灰色关联模型的性质和适用范围,并对关联序及优势分析有关概念进行阐述。
(2) 对复合材料目视损伤检验试验进行介绍。针对航空飞行器最常见的表皮材料—复合材料在遭受低能量冲击后的目视损伤检验这一重要举措展开,阐述了试验在复合材料有凹坑的情况下于六种情形下进行目视检验这一工作。根据试验结果,明确了其试验数据较少并不服从典型分布规律等特点,故需要利用灰色关联模型进行计算分析。
(3) 构建了基于非等间距序列的灰色接近关联模型。原有新型接近关联模型的适用范围为等间距序列,本文在考虑复合材料目视损伤检验试验数据特点后,认为原有的新型接近关联模型不够适合现有数据的特点,因此在新型接近关联模型的基础上,将其适用范围扩大至非等间距序列,构建了基于非等间距序列的灰色接近关联模型,并重新探讨了其性质及适用范围。
(4) 运用基于非等间距序列的灰色接近关联模型对复合材料目视损伤检验检出结果与影响因素之间的关联度大小进行灰色关联分析。结果表明,基于非等间距序列的灰色接近关联模型不仅很好地对复合材料目视损伤检验试验影响因素进行分析,辨别出主要因素与次要因素,并对今后复合材料冲击损伤检验工作提供了合理建议。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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