基于Lamb波的复合材料板二维损伤定位技术研究

提出一种检测结构二维损伤十字交叉定位的方法,利用Morlet小波变换技术,研究了复合材料层合板结构的损伤振动检测问题。根据绘制出的频散曲线,选择合适的激励频率和周期。通过传感器采集到的结构动态响应信号,判断Lamb波在无损结构中的飞行时间(ToF)和实际群速度;然后根据损伤飞行时间和Lamb波实际群速度,计算损伤的横纵坐标值,对损伤进行象限判断,消除损伤位置判断误差。结果表明,计算损伤位置和实际损伤位置相对误差在1%左右,该方法得到的位置信息是可靠的。     

考虑波形修正的Lamb波时间-距离域映射方法

针对传统时间-距离域变换方法容易使频散补偿后的Lamb波信号波形发生畸变的问题,提出一种考虑波形修正的时间-距离域映射(TDDM)方法并用于Lamb波高分辨率多损伤成像中.首先分析了Lamb波频散特性对传感信号的影响,然后研究了TDDM方法的频散补偿原理,并对TDDM的实现进行了讨论,在讨论中给出了时间-距离域变换方法扰乱信号波形的原因.提出了基于TDDM的Lamb波高分辨率多损伤成像方法.并通过实验证明了所提方法的有效性.     

基于激光激励技术的结构损伤成像

采用了一种新型的损伤检测技术,利用激光脉冲在板类结构中产生热弹效应,激发出板中的导波（Lamb波）。通过分析Lamb波的传播状态与损伤之间的关系,并利用Morlet复数小波变换和频散补偿能量聚焦的方法,从两个不同的角度分析信号并提取信号特征,实现了对平板结构的快速、大面积检测。实验结果表明,该系统具有较高的测量精度,能较好地检测结构缺陷。     

基于Lamb波时间反转的复合材料结构损伤监测

采用Lamb波时间反转法,对复合材料结构进行在线连续健康监测。利用板中Lamb波时间反转法的原理和自聚焦特点,运用时间反转方法,通过传感器网络的布置,激励并接收Lamb波,从而对复合材料结构实现损伤监测。该方法无需结构无损情况的基准信号,能够对有损结构进行快速的损伤定位及损伤大小判断。采用改进的RAPID算法进行损伤成像,得到的损伤图像可将损伤情况可视化。实验研究表明所提方法可行和有效。     

结构裂纹损伤的Lamb波层析成像监测与评估研究

结构健康监测研究中,板壳类结构裂纹损伤监测一直是研究的热点。采用基于相关性分析的概率损伤重构算法(Reconstruction algorithm for probabilistic inspection of damage,RAPID),对结构裂纹损伤监测进行研究。利用RAPID算法中采用信号之间的差异性进行损伤识别和重构,克服了Lamb波复杂多模传播特性对信号分析的影响。在此基础上提出一种改进的RAPID算法,根据裂纹损伤对Lamb波监测信号的反射及散射作用,通过校正损伤区域中裂纹方向上的信号差异系数值(Signal difference coefficient,SDC),强化裂纹方向上的重构图像信息,实现对裂纹损伤的图像重构,并由接收端SDC分布图评估出裂纹的长度。试验结果表明,该方法能较为准确地实现对裂纹损伤的直观图示,重构出的裂纹层析图像能很好地反映裂纹的信息,实现方向及长度的评估,可用于对裂纹损伤的定量评估和扩展监测。     

金属结构裂纹损伤Lamb波定量化成像方法

引入环形压电阵列及主动Lamb波损伤概率检测成像算法（reconstruction algorithm for probabilistic inspection of damage,简称RAPID）监测技术对金属结构裂纹损伤的定量监测进行研究。基于裂纹损伤对响应信号直达波的作用机理,根据裂纹损伤对交叉监测路径下的响应信号变化差异性,提出十字交叉扫描方法判定裂纹方向,进而对平行或近似平行裂纹的监测路径的损伤差异性系数（signal difference coefficient,简称SDC）值进行校正,强化了裂纹方向的重构信息,完成了裂纹损伤的图像重构和定量化评估。针对不同位置及方向裂纹的监测和成像,在铝板上进行了实验验证。结果表明,提出的十字交叉扫描方法以及改进RAPID成像方法较好地识别了裂纹方向,能够定量显示裂纹长度。     

基于Lamb波的复合材料结构损伤成像研究

本文基于Lamb波和时频分析方法，提出了一种损伤成像方法，对复合材料结构进行在线的连续监测。首先通过高阶板理论建立了Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系，得到Lamb波的理论速度分布，为损伤成像提供基准信息；然后采用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析，提取特征信息，得到散射波的能量分布；在此基础上通过考虑各向异性对Lamb波传播速度的影响，将散射波的能量分布与各个像素点的对比度关联起来，得到损伤的图像，将损伤的情况可视化。同时建立了原型结构健康监测系统，实验研究表明了本文所提出方法的可应用性和有效性。     

基于Lamb波的修补后损伤结构健康监测方法的试验研究

利用损伤对结构中Lamb波传播特性的影响,对用复合材料补片修补后的金属损伤结构的健康监测方法进行了试验研究。在用复合材料补片对含裂纹的铝合金试件进行修理后,在复合材料补片周围安装了3个压电陶瓷传感器。压电陶瓷传感器在试验中的响应数据被周期性的记录下来。为了描述修补后损伤金属结构的健康状态,定义了3种基于传感器响应数据的损伤指数。试验结果表明,基于波形相关性的损伤指数可更好的描述修补结构的损伤发展过程。研究结论在某型飞机疲劳试验中得到了应用。     

无基准Lamb波时间反转损伤概率成像监测方法

根据损伤散射信息进行结构损伤特征参数提取与损伤监测,是Lamb波结构健康监测研究中的最为有效的方法之一,而目前常用的有基准差信号提取损伤散射信号技术在应用中存在实用性差的问题.采用Lamb波时间反转聚焦原理,结合损伤概率思想,提出了无基准损伤概率成像监测方法.利用信号时间反转处理对波源的自适应聚焦机理,消除Lamb波的频散效应;并根据单模式Lamb波响应信号的各波包在时反聚焦信号中的相对时刻,提取损伤散射信号的传播时间,以此计算出结构中各点出现的损伤概率,从而实现对损伤的成像、定位和监测.在金属铝板结构上的实验表明,该方法可在无需基准信号的情况下,较为清晰地分离出损伤散射信号和信息,得到结构各点的损伤概率图像,有助于结构健康监测的实用化.     

基于加权时域弯折的Lamb波自适应温度补偿方法

针对航空结构Lamb波损伤监测中急需解决的环境温度影响问题,本文提出了加权时域弯折(WTDW)的温度补偿方法,该方法无需先验参数或模型便可自适应补偿Lamb波信号中的温度影响,而且克服了传统动态时间弯折(DTW)容易抑制被补偿信号损伤信息的温度过补偿问题,从而更便于在Lamb波损伤监测中的实际应用.首先在DTW基本理论...     

基于PZT结Lamb波方向算法的损伤定位方法

基于Lamb波在板中的传播特性,针对复合材料的损伤检测,提出一种新型的损伤定位方法。该方法采用3个压电陶瓷片( piezoelectric transducers,简称PZT)组成PZT结,通过从各PZT中提取出损伤散射信号,找到其损伤波包到达的时间差,并依据Lamb波的传播速度得到位移差。首先,结合PZT结中各PZT的几何位置,具体推导出损伤方向算法,运用方向算法找到Lamb波在损伤位置发生散射后的其中一个传播方向,通过传播方向的交点来实现损伤位置的判定;其次,分析了互相关理论的基本原理,并运用互相关算法提取出损伤散射信号;最后,在碳纤维增强树脂基复合材料薄板上对该算法进行实验验证,求出了损伤方向以及损伤位置。验证结果表明,该方法能够对复合材料损伤进行有效的定位。     

包络提取在冲击损伤成像方法中的应用

为了提高复合材料冲击损伤的监测效率和定位精度,提出了一种基于希尔伯特黄变换的损伤成像方法。利用希尔伯特 黄变换对信号包络进行提取后再成像,可以有效简化原始信号,同时提高模式走时提取精度和损伤监测效率。试验表明：在对复合材料层合板的冲击损伤进行成像的过程中,利用时域信号包络进行损伤成像可以明显改善成像效果,而不改变损伤定位精度;相对于短时傅里叶变换,希尔伯特 黄变换在信号包络提取和成像效果方面更具有优势。     

基于主动Lamb波的平板结构损伤监测研究

结构健康监测在土木、航空、大型管道、大型储物罐和起重机等结构中起到越来越重要的作用,监测的方法对损伤的定位起到关键的作用。根据各种结构的特性进行损伤定位,采用主动Lamb波探伤是健康监测中的一种高效快速的监测方法,本实验通过分析Lamb波的特性来研究Lamb波在平板结构损伤中的应用,并为平板检测系统的开发奠定技术基础,具有工程的利用价值。     

Lamb波与瞬时相位技术在损伤识别中的应用

采用主动Lamb监测技术与瞬时相位相结合的方法对复合材料板进行健康监测。首先通过仿真试验,模拟损伤信号在正常信号中的叠加,结果表明其会引起瞬时相位曲线相应的变化;然后再利用Lamb波主动监测技术,在复合材料板上进行试验采集信号,其瞬时相位能够发现板结构中的损伤,说明瞬时相位可应用于结构的损伤识别。     

主动Lamb波中的空间滤波器结构健康监测

针对主动Lamb波结构健康监测技术在应用中容易受到Lamb波复杂传播特性的影响,监测信号的信噪比较低的问题,提出了空间滤波器方法的基本原理和实现方法,利用压电线阵得到传感信号之间的相干性,实现对有用信号的相干聚焦增强,监测损伤位置并成像,能够实现对特定方向的扫描.分析了空间滤波器的基本原理,给出了用于离散压电线阵的空间滤波器实现形式,并对该方法进行了试验研究,在碳纤维板结构上的试验结果表明,该方法可以有效实现损伤散射信号的聚焦增强,成像突出显示损伤所在方位和位置,提高信号的信噪比,具有一定的工程应用价值.     

基于Lamb波时间反转法的复合材料损伤检测

为检测复合材料损伤,利用Lamb波时间反转法的聚焦特性,在复合材料布置压电传感器激励和接收Lamb波.时间反转法无需对比基准信号就能快速准确地实现损伤的判别,提出的改进损伤成像方法可实现损伤情况可视化.实验研究验证了检测方法的有效性和改进损伤成像方法的优越性.     

基于压电纤维传感器的Lamb波传播方向识别

利用压电纤维对Lamb波传感的良好方向性,将3根压电纤维按0°,45°和90°布置并固化在聚合物基体中,制成压电纤维传感器用于检测Lamb波传播方向。理论推导了窄带激励下压电纤维对Lamb波的方向传感响应特性,通过压电耦合仿真分析和实验测试研究了不同频率下压电纤维的方向传感特性,提出了一种基于误差函数的主应变方向估计方法,分析对比了直角三角形(0°,45°,90°)、Y形(0°,120°,240°)和等边三角形(0°,60°,120°)3种压电纤维布置方案下主应变方向识别结果。研究结果表明,压电纤维传感器具有良好的Lamb波传播方向检测性能,可为无需Lamb波波速的缺陷识别方法提供传感技术支持。