非线性Lamb波疲劳损伤监测机理研究

传统的线性Lamb波损伤监测方法对微小损伤的敏感性很低,限制了Lamb波结构健康监测技术的应用和发展.分析了非线性Lamb波传播机理以及非线性Lamb波特征参数提取方法,在此基础上对非线性Lamb波结构疲劳损伤监测机理进行了实验研究.在T6061铝板上的实验验证表明:非线性Lamb波特征参数对结构疲劳等早期微损伤具有较好的敏感性,且非线性参数与损伤程度之间存在相同的变化趋势.为金属材料结构疲劳等早期损伤的预警和评估提供了可行的思路.     

基于空气耦合超声Lamb波对铝板的特征成像检测

A0模态Lamb波因具有低衰减、短波长、对缺陷敏感等优良特性被用于检测大面积层板结构。为了实现铝板中缺陷的检测与重构,提出了一种基于空气耦合Lamb波扫描成像检测技术,对存在冲击损伤的铝板进行扫描检测。扫描时,激励与接收传感器置于铝板同侧并倾斜布置,沿着两个相互正交的方向进行Lamb波扫查,对正交路径下的检测信号进行快速傅立叶变换(FFT),将得到的频域信号与基准频域信号之间的信号差异系数（SDC）作为特征值,并结合损伤概率成像算法和数据融合算法进行缺陷的重构和成像。实验结果表明,基于损伤指数的特征值成像方法可以有效表征铝板缺陷,成像结果与缺陷实际位置非常吻合。     

相控阵超声监测成像与直方图匹配图像增强实验研究

相控阵超声监测成像是通过控制Lamb波发射与接收的时间延迟而控制其指向,当特定方向的Lamb波指向结构中损伤时形成反射信号,由此监测结构中损伤;将监测结构扫描范围内不同方向上Lamb波信号的归一化幅值用二维灰度图像显示,实现结构损伤成像。由于相控阵监测所得原始图像并不完美,因此,利用直方图匹配图像增强方法对原始图像进行处理,通过划分损伤图像的灰度级、统计各灰度级的分布情况、计算各灰度级的概率密度函数,得到直方图匹配处理的最终灰度变换关系,利用原始图像与输出图像各灰度级的映射关系,修改原图像的灰度级,获得增强图像。该方法在铝板、玻璃纤维复合材料结构与碳纤维复合材料结构中进行实验分析,验证方法的正确性和有效性。     

基于模态小波分析的棒体裂纹损伤识别

为了克服传统无损检测方法检测缺陷成本高、局部化等缺点,以含有裂纹损伤的棒体为研究对象,采用模态分析、结合时频小波分析的方法,实现对其损伤位置的精确定位和损伤程度的小误差量化,并通过实验论证其合理性.研究结果有助于及时发现裂纹损伤,从而避免发生重大事故,同时此方法可用于复杂结构的无损检测和评估.     

基于稀疏导波的裂纹定位和尺寸评估

在无损检测中,尤其是导波检测领域,由于缺乏高效方法对材料结构中存在的损伤进行尺寸检测,因此使用导波方法对材料进行微裂缝等损伤的检测的过程中仍然存在很多困难。本文提出一种基于稀疏导波的损伤检测方法,可以在进行结构损伤定位的同时对损伤尺寸进行测量。研究表明,使用导波进行损伤检测时,由损伤而产生的复杂反射波中包括很多与损伤形状和尺寸相关的信息,但是这些信息并不明显,且信号重叠无法区分。因此,提出一种稀疏lamb波方法来分解由材料损伤产生的反射信号的各个分量。在此基础上,通过确定各个反射信号分量相应的传播时间来计算材料损伤尺寸。最后,在具有人工损伤的铝板上进行实验验证,结果表明,基于稀疏导波损伤检测的方法是可行的。     

高分辨率超声Lamb波频散曲线测量与板厚估计

超声Lamb波在工业无损检测与 评价中具有广阔的应用前景。但受制于超声导波多模式频散与混叠的影响,如何实现高分辨率超声导波的模式分离与频散曲线提取,进而定量分析材料的健康状况一直是研究的热点与难点。本文旨在将现代信号处理中广泛采用的谱估计技术应用于超声Lamb波阵列信号分析,并通过提取频散曲线定量测量板厚度。以经典参数谱估计法中的Yule-Walker法与Burg法为例,实验测量和分析了3 mm,4 mm和 5 mm厚铝板中的宽带多模式Lamb波信号,准确地提取了铝板中的宽带Lamb波频散曲线,并比较了两种经典谱估计方法与二维傅氏变换法的性能,最终实现了铝板厚度估计。     

基于Lamb波结构损伤诊断的量化评估实验研究

基于Lamb波结构损伤诊断技术开展相对量化评估层面的实验研究.基于环形单发射—多接收(STMR)阵列,通过数值计算验证了基于导波结构损伤诊断技术在定位识别技术层面的准确有效;针对诊断因子(DF)作为结构损伤相对量化评估有效参数的可行性进行分析,并通过模拟预置3种不同程度大小的损伤进行实验验证.实验结果表明:通过比较不同工况下判定损伤处对应诊断因子的数值大小,即可对结构损伤的相对严重程度进行量化对比分析,具有较好的工程应用前景.     

抑制局域波分解端点效应方法的研究

针对局域波分解存在的端点效应问题,提出了三角波形相似估计法对信号端点局部均值进行估计.方法根据三角形相似原理设定了两个相似估计误差,通过两次筛选得到与边界三角波形最相似的三角波形,从而实现对端点局部均值的估计.过镜面闭合延拓法、多项式拟合估计法、边界波形匹配预测法和三角波形相似估计法进行比较研究.仿真和比较结果表明,方法在运行时间、存储空问和最大估计误差三个方面均具有较好的性能,能够有效地抑制局域波分解端点效应.     

HHT在复合材料Lamb波检测中的应用

Lamb波信号是典型的非平稳非线性信号,根据无损检测的需要,采用改进的Hilbert-Huang变换（HHT）方法,克服了多模式Lamb信号间的相互干扰,消除了噪声影响。以带有缺陷的复合材料层合板为实验对象,结果证明：本方法能够有效分离信号中的各个固有模态函数（IMF）分量,通过各分量瞬时幅值的峰值回归直线,可准确地对缺陷尺寸进行分析与评估。     

基于振动响应分析的盆式绝缘子损伤检测系统

目前盆式绝缘子损伤检测方法为被动式,且存在漏检现象。提出了一种基于Lamb波的主动激励式盆式绝缘子损伤检测系统的设计方案。该系统通过粘贴在盆式绝缘子表面的压电元件激发Lamb波,利用Lamb波在盆式绝缘子内部传播过程中遇到损伤时传播特性会发生改变的特征,通过差值法和阈值判断法对接收端的Lamb波分析处理判断出盆式绝缘子内部损伤状况。试验结果表明所设计的系统能够准确的检测出微小损伤并确定损伤区域,具有良好的应用前景。     

基于稀疏表示的兰姆波模态分离方法研究

针对超声阵列检测过程中兰姆波的频散和多模态特性带来的信号分析困难问题,提出了一种基于稀疏表示的兰姆波模态分离方法,并将其应用于金属板结构兰姆波模态分离中。根据S;和A;模态兰姆波在时域上的波形差异,研究S;、A;单模态字典和复合字典的构造方法,将待测信号在复合字典上进行稀疏分解,采用带相干性准则的最小角回归算法求解稀疏系数,从多模态信号中提取S;、A;单模态信号。将所提出的方法应用到仿真和实验信号分析中,结果表明,该方法可以很好地实现检测信号中单模态兰姆波信号的提取。研究工作有助于解决金属板结构中多模态兰姆波的模态分离问题。     

电磁超声换能器优化设计与板状结构损伤成像应用研究

提出了一种用于板状结构损伤成像的虚拟电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)阵列.由螺旋线圈和圆柱形永磁铁组成的电磁超声换能器可以通过洛伦兹力在铝板中有效地激发低频散和高幅值的单一S0模态兰姆波.实验研究了电磁超声换能器配置参数(如激发频率,螺旋线圈外径、螺旋线圈内径和提离距离)对S0模态兰姆波性能的影响.另外,将接收电磁超声换能器移动到用于接收兰姆波的多个预定义位置来构建虚拟传感器阵列,实验研究了阵元间距和阵元数量对成像结果的影响.结果表明,通过相控虚拟聚焦成像方法,虚拟电磁超声换能器阵列的成像结果与实际损伤位置吻合良好.     

小波包分析和形态学滤波相结合的心电图QRS波群定位

心电图波形特征提取是针对-维心电信号的弱信号特征提取.如何排除各种干扰,提取出心电波形特征,并准确定位心电信号中P波、QRS波群、T波,一直是心脏病智能诊断的难点和热点问题,其中QRS波群的定位又是其它波定位的重要依据.利用形态学和小波包理论相结合的方法对这一问题进行了探讨,提出了QRS波群定位和滤除基线漂移的方法.实验证明提出的方法速度较快,能较准确的定位QRS波群、有效的去除基线漂移.     

Dynamic waveform matching

Dynamic waveform matching (DWM) is a generalization of cross correlation that is useful in waveform classification and feature extraction problems. While cross correlation matches two signals by shifting the time axis of one signal relative to the other, DWM matches signals by shifting and warping the time axis until the corresponding features of the two waveforms are properly aligned. The optimum shift and warping of the time axis is determined by dynamic programming. The dynamic programming algorithm behind DWM can be used in many matching applications. Several geophysical applications of DWM are described. These include identifying local earthquake arrival times, extracting features useful for discriminating between earthquakes and underground nuclear explosions, waveform clustering, identifying quarry blasts, interpreting full wave acoustic well logs, well to well correlation, and matching P-wave reflection profiles to S-wave reflection profiles. The similarity between DWM and error correcting regular grammars can be used to add grammarlike capabilities to the matching algorithm.     

液体层-压电薄板中兰姆波对液体密度的声传感

叉指换能器在液体层 -压电薄板结构中可激发出兰姆波模式 ,兰姆波的相速度与液体介质的密度密切相关 ,并可反映出液体密度的变化。本文对液体层 -压电薄板结构中兰姆波的液体密度声传感过程进行了理论研究和数值分析 ,所得结果表明 ,用兰姆波对液体密度进行声传感是可行的。     

板中Lamb波传播过程仿真分析

为了给料位测量的实验研究提供理论上的依据，该文以实验室装置为对象，在合理的简化假设条件下，采用波动理论结合相应的边界条件，建立了板中Lamb的色散方程。通过对方程的求解得到了板在一定厚度范围内变化所对应的色散曲线。通过分析钢板中相速度变化曲线，得出如下几个规律：Lamb波在板中传播时，存在多个模式；当板厚确定时，频率越高，存在的模式将越多；当频率一定时，板的厚度增加，各个模式之间将越密集。     

基于传播算子法的某型飞机油箱冲击定位

研究利用阵列信号处理技术实现冲击定位的新方法,通过小波变换提取冲击响应信号某一窄带频率成分,运用传播算子法实现冲击源波达方向估计;根据Lamb波传播特性,用小波变换求出某一中心频率下的对称模式和反对称模式的Lamb波到达同一传感器的时间差,结合对称模式和反对称模式Lamb的速度差就可以估计出冲击源到达传感器的距离,从而实现冲击定位.在航空油箱上的实验表明:该方法能快速、精确地识别出冲击源的位置.