曹善成


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基本信息 The basic information

曹善成

航天学院

博士研究生毕业

工学博士

副教授

航空宇航科学-飞行器设计

shancheng.cao@nwpu.edu.cn

工作经历 Work Experience

2019.06 - 至今, 西北工业大学, 航天学院,副教授

2018.02-2019.02,香港理工大学,机械工程系,博士后  导师:成利

教育经历 Education Experience

2014.01-2018.07, 英国利物浦大学,机械工程,博士    导师:Ouyang Huajiang

2011.09-2014.03, 西北工业大学,飞行器设计,硕士   导师:宋笔锋

2007.09-2011.07, 西北工业大学, 飞行器设计与工程学士

教育教学 Education And Teaching

Structural Dynamics of Flight Vehicles (英)  32学时/2学分    本科留学生必修课      春季学期

飞行器结构健康监测                                         32学时/2学分      本科生选修课             秋季学期

飞行器结构健康监测                                         40学时/2学分      硕士生选修课             春季学期

招生信息 Admission Information

硕士招生专业:飞行器设计、航天工程 硕士生 2-3 名

科学研究 Scientific Research

(1)主要研究方向:

研究方向主要围绕航天结构动力学分析、设计与控制,以及结构健康监测方向,具体但不局限于以下方向:

空间超轻可展开结构动力学优化设计与损伤识别,如充气结构、细长复合材料管状结构;

基于机器视觉的大型空间结构动力学测试、参数辨识与振动控制;

飞行器结构健康诊断与寿命预测。


(2)主要科研项目:

1. 国家自然科学基金委员会,复合材料夹层板脱层损伤的微元动力学识别方法研究,2022-01至2024-12, 30万元,在研,主持;

2. 陕西省科技厅,陕西省自然科学基础研究计划, 基于微元动力学扰动的航天复合材料板结构损伤定位与量化, 2020-01至2021-12,3万元,在研,主持;

3. XXX科技项目管理中心,基础加强计划子课题, 基于数据的结构健康数据融合策略研究,2019-12至2024-12, 150万,在研,主持。

学术成果 Academic Achievements

[12]    Shancheng Cao, Ning Guo, Chao Xu. Robust damage localization in plate-type structures by using an enhanced robust principal component analysis and data fusion technique, Mechanical   Systems   and   Signal Processing, 2022,162:108091.

[11]   Shancheng Cao, Zhiwen Lu, Dongwei Wang, Chao Xu. Robust multi-damage localization in plate-type structures via adaptive denoising and data fusion based on full-field vibration measurements, Measurement, 2021, 178:109393.

[10]    Shancheng Cao, Huajiang Ouyang, Chao Xu. Robust baseline-free damage localization by using locally perturbed dynamic equilibrium and data fusion technique. Sensors, 2020, 20(20): 5964.

[9]        Shancheng Cao, Huajiang Ouyang, Li Cheng. Baseline-free adaptive damage localization of plate-type structures by using robust PCA and Gaussian smoothing. Mechanical Systems and Signal Processing, 2019, 122: 232-246. 

[8]        Shancheng Cao, Huajiang Ouyang and Li Cheng, Adaptive damage localization based on locally perturbed dynamic equilibrium and hierarchical clustering. Smart Materials and Structures, 2019, 28(7):075003. 

[7]        Shancheng Cao, Huajiang Ouyang, Li Cheng. Baseline-free multidamage identification in plate-like structures by using multiscale approach and low-rank modelling. Structural Control and Health Monitoring, 2019, 26(2): e2293.

[6]        Shancheng Cao, Huajiang Ouyang. Robust multi-damage localisation using common eigenvector analysis and covariance matrix changes. Mechanical Systems and Signal Processing2018, 111: 663-677. 

[5]       Shancheng Cao, Huajiang Ouyang. Output-only damage identification using enhanced structural characteristic deflection shapes and adaptive gapped smoothing method, ASME Journal of Vibration and Acoustics, 2018, 140(1): 011005.

[4]        Shancheng Cao, Huajiang Ouyang. Robust structural damage detection and localization based on joint approximate diagonalization technique in frequency domainSmart Materials and Structures2017, 26(1): 015005.

[3]   Zhiwen Lu, Dawei Dong, Huajiang Ouyang, Shancheng Cao, Chunrong Hua, Localization of breathing cracks in stepped rotors using super-harmonic characteristic deflection shapes based on singular value decomposition in frequency domain, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, 2017. DOI: 10.1111/ffe.12601. 

[2]   Zhiwen Lu, Dawei Dong, Shancheng Cao, Huajiang Ouyang, Chunrong Hua, Multi-crack localization in rotors based on proper orthogonal decomposition using fractal dimension and gapped smoothing methodShock and Vibration, 2016. DOI: 10.1155/2016/2375859. 

[1]   Jing Yang, Huajiang Ouyang,  Dan Stancioiu, Shancheng Cao, Xuhui He. Dynamic responses of a four-span continuous plate structure subjected to moving cars with time-varying speeds.  ASME Journal of Vibration and Acoustics, 2018. DOI: 10.1115/1.4039799. 


团队信息 Team Information

西北工业大学航天学院“航天结构与健康监测”团队由徐超教授创建于2008年。多年来,团队依托西北工业大学航空宇航科学与技术A+学科、飞行器设计国家重点学科,立足于国家重大战略需求和航空航天领域卓越科技人才培养目标,聚焦航天前沿科技探索,主要从事先进航天结构技术、飞行器结构动力学、飞行器结构健康监测等方向的研究,主持承担了国家自然科学基金、国防基础科研、军口863、装备预先研究、基础加强课题等大量航天科研任务,科研经费充足。团队成员入选国家科技部重点领域创新团队和陕西省重点科技创新团队,累计发表学术论文150余篇,其中SCI/EI索引近100篇,出版专著和教材5部,授权和公开国家发明专利20余项,授权软件著作权4项,培养硕博研究生等50余名,获得国家安全基金奖、陕西省高校科学技术二等奖等科技奖励3项,建成了航天结构与健康监测实验室西北工业大学-都灵理工大学连接力学国际联合创新实验室,并依托西北工业大学异地创新机构建设获批了江苏省外国专家工作室、苏州市外国专家工作室、苏州市外籍院士工作站、青岛市先进结构与智能测试工程研究中心、青岛市先进结构与智能测试国际科技基地等一大批省、市级科技创新平台,为团队创新发展和卓越人才培养提供了有力支撑。


科研方向:

主要研究方向一:先进航天结构技术

航天科技的发展催生了大量的新概念航天结构,航天结构技术的创新也为未来航天任务提供了无限可能。团队始终面向航天科技发展的重大需求,着力开展新概念大尺度可展开空间结构、航天先进复合材料结构及设计方法的研究,在前沿特区课题、装备预研、重点型号任务项目等支持下,形成了结构阻尼功能一体化轻质减振高效复合材料结构、高超声速飞行器热结构、空间双稳复合材料结构以及空间帆膜可展开结构四大研究专长,研发了多种创新型航天结构,研究成果被大量应用于我国运载火箭、战略战术导弹、航天器等航天装备研制中。主持研发了两代微小卫星气动增阻辅助离轨帆产品样机,其中第一代样机搭载我国“太原号”卫星于2020年11月发射入轨,技术成熟度达到6级。

主要研究方向二:智能结构健康监测

健康监测是可重复使用运载器、长期在轨和深空探测航天器、长期贮存一次使用的飞行器及其综合保障系统等航天装备的关键前沿技术。与土木、航空工程中的健康监测问题不同,航天装备普遍面临服役条件恶劣极端、载荷环境剖面复杂、使用维护难度很大等特点。团队面向航天科技的前沿,在国家自然科学基金、装备预研等项目支持下,围绕航天结构健康监测的理论和方法、航天装备健康管理系统总体设计、智能自感知结构技术、航天结构健康监测集成化样机和工程应用等方面开展研究,形成了以智能机电阻抗、超声弹性导波和机器视觉为三大技术为核心的研究专长。主持研制了两代小型化阻抗测量结构健康监测智能节点NPU-SHM-EX1.0和2.0版本,具有低功耗、多通道、自动温度补偿、智能化检测等优点;面向基于结构振动的健康监测方法的应用,开发了三代小型化结构频率响应特性智能测试节点NPU-SHM-VX1.0、2.0和3.0版本,具有多通道,多传感器支持,低功耗、智能化程度高等优点。自主构建了超声波A扫描、B扫描和C扫描实验设备,具备对试件结构进行无损检测的能力。研究成果主要应用对象为长期贮存的导弹和火箭、可重复使用运载器、长期在轨航天器以及固体火箭发动机等。

主要研究方向三:航天结构动力学

复杂航天结构系统的动力学需考虑各类局部连接界面的非线性力学行为。团队在国家自然科学基金、国防基础科研等项目支持下,主要围绕结构的动力学正问题、反问题等方面开展理论、仿真和实验研究工作。工作的主要优势领域是复杂连接结构动力学问题,多年来针对螺栓连接、铆钉连接、含间隙等航天工程中的各类连接结构开展了深入研究,建立了描述连接界面非线性接触摩擦行为的系列模型,建立了含局部非线性复杂连接结构的动力学响应分析方法和软件平台,发展了复杂连接结构非线性振动实验技术,能够开展复杂结构的非线性振动试验。主办发起了系列化全国连接结构动力学学术交流会、全国连接结构动力学暑期学校等学术交流平台,形成了一定的行业影响力,同时在国际连接结构专业委员会任职。


团队成员:

徐超,西北工业大学教授、硕博士生导师,团队负责人

苏众庆,现任香港理工大学机械工程学系教授,系主任及教育部“长江学者”讲座教授(西北工业大学)。

曹善成,西北工业大学副教授、硕士生导师。

杜飞,西北工业大学助理教授、硕士生导师。

郭宁,西北工业大学助理研究员,硕士生导师。


招生计划:

团队每年计划招收博士研究生2-3名(含全日制工程博士),招收硕士研究生8-10人,学习期间可提供到重要航天院所和境外高水平大学合作研究、学术交流的机会。

招生专业:航空宇航科学与技术(飞行器设计、学术型研究生)、机械(航天工程、专业学位研究生)

欢迎本科二年级、三年级同学联系参加本科生科研或竞赛。

欢迎航空宇航、机械、力学等相关专业保、考同学咨询和报考,可随时电子邮箱联系我们或查阅教师主页网站了解详情。


团队详细介绍连接:https://mp.weixin.qq.com/s/mbJHQ3LuTei9N9YFChX7CQ