基于C#的飞机疲劳试验数据管理系统设计

柴东波，杨东涛，郭晓冬

(中国飞机强度研究所 全尺寸飞机结构静力/疲劳航空科技重点试验室，陕西 西安 710065)

1 引 言

结构的疲劳试验作为飞机研制过程中重要的地面验证试验，对确定飞机结构的疲劳寿命和确定飞机结构的检修周期具有十分重要的意义，也是目前确定飞机结构安全使用寿命的重要手段[1]。试验中将几百种载荷工况按照一定的顺序和频次组合，构成载荷谱，再通过一套加载系统按照载荷谱将疲劳交变载荷施加在飞机结构上，模拟飞机在整个服役期内可能遇到的各种空中、地面使用情况[2]。飞机疲劳试验至少完成2.5倍以上使用寿命试验，通常试验周期为5～10年[3]。

疲劳试验周期长，数据量大，如何对试验数据进行有效的管理，是疲劳试验数据分析的基础，也是试验数据分析人员一直研究的课题。

目前，对疲劳试验数据的管理采用文本格式存储，基于EXCEL进行数据分析，效率低下，难以实现对试验数据整个疲劳试验周期的分析。安刚[4-7]等人提出了多种异常疲劳试验数据的判断及分析方法，但是缺少对试验数据的管理研究。

因此，本文采用C#语言作为开发语言、SQL Server 2008 R2作为后台数据库开发了一款飞机疲劳试验数据管理系统软件，可以有效地实现对疲劳试验数据的动态管理和基本的数据分析，大大提高了疲劳试验数据分析的效率。

2 关键技术

2.1 数据存储技术

结构疲劳试验是一项长周期的项目，试验数据呈现数据种类相对单一(主要为应变、位移数据)，但数据量特别大；应变和位移测量点经常随着试验的进行不断地增减，大大增加了对试验数据管理的难度。SQL Server是微软公司推出的一款关系型数据库，具有使用方便、可伸缩性好和相关软件集成度高等优点，可以实现数据的快速插入和搜索功能。本文采用SQL Server 2008 R2，将试验数据与测量点编号分别管理的方法，实现对试验数据的存储管理。

2.2 试验数据快速分析

以可视化的曲线图显示各测量点的试验数据，帮助试验人员进行异常数据的判断；提供数据筛选功能，试验人员可以根据测量工况数据的标准差或平均值进行数据筛选，帮助试验人员快速定位异常试验数据，大大加快疲劳试验数据的分析速度。

3 系统分析与设计

3.1 系统需求分析

系统能够实现基于SQL Server 2008的试验数据导入、删除功能；能够实现数据搜索、筛选、曲线绘制、数据导出等功能。

3.2 系统功能模块设计

疲劳试验数据管理系统用于对试验数据进行管理，主要包括数据入库模块和数据分析模块。

(1)数据入库模块。试验人员根据型号试验连接不同的数据库，对试验数据进行数据入库、数据删除工作。同时，为了方便对多个试验数据文件进行操作，系统需要具备批量导入功能。在数据导入过程中，需要对执行过程进行提示。

(2)数据分析模块。包括数据搜索、数据筛选、异常数据点标记、历程曲线绘制、异常试验数据定位、多点对比和数据输出等功能。

数据搜索：试验人员根据型号试验连接不同的数据库，对试验数据进行搜索，并以可视化的曲线图形形式呈现，方便试验人员快速分析试验数据的变化趋势。

数据筛选：试验人员根据已搜索的试验数据，基于数据的平均值或标准差进行数据筛选，快速定位异常试验数据。

异常数据点标记：基于初步分析结果，对异常数据点进行标记，为异常数据的重点分析奠定基础。

历程曲线绘制：试验人员可以绘制试验数据的历程曲线，观察试验数据在整个试验过程的变化趋势，定位异常数据出现的周期和起落。

异常试验数据定位：通过鼠标在曲线图上的移动，显示当前测量点对应的周期、起落、行号和测量值，帮助数据分析人员定位异常试验数据出现的起始位置。

多点对比：试验人员可以通过单点绘制功能，将多个测量点的曲线在一张曲线图中对比显示，方便观察同一部位或对称部位多个测量点试验数据的变化趋势，方便对试验件是否存在损伤进行判断。

数据输出：试验人员可以将已搜索的试验数据以文本形式保存在本地计算机，方便后期数据重点分析或报告编写。

4 系统实现

4.1 数据库实现

根据数据库设计，飞机疲劳试验数据管理系统数据库的开发环境采用SQL Server 2008 R2，系统数据库中包含3类数据表，包括测量点编号表、日志记录表和试验数据表。由于SQL Server 2008 R2单张数据表最大字段数量为1024，因此本系统单张试验数据表的设计最大测量点编号数量为1000个，试验数据表数量不设上限。

(1)测量点编号表(Table_sensor)，主要存储数据库中已存在的测量点编号及对应的试验数据表名称，如表1所示。

表1 测量点编号表

(2)试验数据表(0、1……)，主要存储试验数据信息，用于实现试验数据的快速查询，是整个系统的核心，如表2所示。

表2 试验数据表

(3)日志记录表(Table_log)，记录对文件操作的记录，用于检测数据文件是否已经完成入库以及入库的时间，如表3所示。

表3 日志记录表

4.2 系统功能实现

4.2.1 数据库连接实现

运行系统软件的同目录下的setting.config文件，存储要连接的服务器IP地址、登录的用户名和密码，具体如图1所示。

图1 setting.config文件

软件运行，根据setting.config文件的配置连接服务器。如果setting.config文件不存在，则根据默认设置连接本地SQLserver数据库，同时生成setting.config文件。服务器连接成功后，软件会自动搜索服务器上的数据库，连接要操作的数据库，如图2所示。

图2 数据库连接

4.2.2 入库模块实现

入库模块实现数据文件由文本文件(数据格式如图3所示)导入数据库，完成数据的动态存储功能，为后续试验数据分析奠定基础。

图3 数据文件格式

入库模块依据下列流程实现，具体如图4所示。

图4 入库模块实现流程

(1)连接数据库；

(2)读取数据文件中的测量点，判断是否是首次使用数据库；

取5份100 g的藕片，放入300 g水中，分别加入浓度为1.0%，1.1%，1.2%，1.3%，1.4%的硬化剂，在硬化温度为30 ℃的条件下[15]，硬化2 h，根据感官评价选择合适的硬化剂浓度。

(3)根据文件名称判断数据是否已经入库；

(4)判断是否存在新增测量点；

(5)根据首行数据信息判断数据是否已经入库；

(6)创建数据集；

(7)利用试验数据填充数据集；

(8)将数据集写入数据库；

(9)插入操作日志。

图5 入库模块软件界面

4.2.3 数据分析模块实现

试验人员可以利用系统对入库试验数据进行搜索、筛选，系统自动计算搜索测量点试验数据的平均值、标准差等信息，并绘制曲线图。试验人员通过观察曲线图，分析试验数据趋势，判断试验数据是否异常，进而确定试验件是否存在损伤，实现飞机结构的损伤检测。

系统分析依据下列流程实现，具体如图6所示。

图6 数据分析流程

(1)连接数据库；

(2)导入需要分析的测量点号(默认为数据库中所有测量点，也可以导入失效测量点号)；

(3)设定分析的起止周期、起落和载荷工况，进行试验数据搜索；

(4)设定数据筛选的条件，进行数据筛选；

(5)观察各测量点的曲线图，分析试验数据，标记异常数据测量点编号、异常数据的开始周期、起落和行号；

(6)输出分析结果。

软件的主要功能界面如图7-图9所示。

图7 分析模块主界面

图8 多点对比界面

图9 测量点历程曲线

5 结 论

飞机疲劳试验数据管理系统是基于飞机疲劳试验数据分析的需求开发的一套数据管理及分析软件。结构疲劳试验数据管理系统大大提高了疲劳试验数据处理与分析的效率，基于异常数据出现的部位和时间进行分析，对现场结构的损伤检测具有很好的指导意义。目前，该系统已经在多个全机和大部件的疲劳试验中成功应用。