利用频率指纹检测复合材料层合结构的脱层损伤

在复合材料固化之前,将一定尺寸的聚酰亚胺薄膜插入复合材料结构中模拟复合材料的脱层损伤。采用自由振动方法测定含有损伤和无损伤复合材料悬臂梁的前三阶固有频率,应用频率指纹对复合材料脱层损伤进行识别。识别结果表明,利用结构的频率数据可以构造出一些仅与损伤位置有关,而与结构损伤程度无关的频率指纹。利用这样一些频率指纹可以进行结构损伤的定位。该方法简单可行,为复合材料结构损伤的无损检测提供了一条有效途径。     

基于径向基函数神经网络的编织复合材料结构脱层损伤监测研究

鉴于传统的BP网络的速度慢和局部极小值问题，以及针对基于实验数据训练神经网络存在样本不足的缺陷，文中提出了利用径向基函数（Radial Base Function，简记为RBF）神经网络通过有限元方法对含有脱层损伤的复合材料试件进行数值模拟，把前五阶弯曲模态频率进行修正，以修正后的前五阶弯曲模态频率再经过归一化处理构建训练样本的新思路，将实验模态分析结果经归一化处理后送入训练好的RBF神经网络进行预测，从而实现对编制复合材料梁的脱层损伤定位和损伤程度评估。最后给出了编织复合材料结构损伤大小伤识别及定位的算例，仿真结果表明RBF神经网络速度快，稳定性好，精度高，在复合材料结构损伤监测中具有光明的应用前景和重要的工程应用价值。     

基于多维阵列和空间滤波器的损伤无波速成像定位方法

随着复合材料在航空结构中的广泛应用,基于压电传感器（PZTs）阵列和Lamb波的结构健康监测成像方法已经成为复合材料结构健康监测技术的研究热点,但是复合材料的各向异性特点导致依赖于信号传播速度的延迟-累加、相控阵等成像方法难以实现其损伤的准确监测。鉴于此,研究了一种与信号传播速度无关的空间滤波器损伤成像定位方法,该方法利用Lamb波在结构中传播时的空间-波数域特征,通过设置空间权重函数使压电传感器阵列形成波数带宽为[k_min,k_max]的空间-波数域滤波器对特定空间方位的Lamb波进行滤波,得到损伤的角度图像; 然后,利用多维线性压电传感器阵列各自针对损伤得到的角度图像进行融合,得到损伤的坐标图像,从而实现了在不依赖传播速度的情况下对损伤的成像定位。在碳纤维层合板上对该方法进行了实验验证。实验结果表明：基于多维线性压电传感器阵列和空间-波数域滤波算法的无波速成像定位方法可以对复合材料结构损伤进行不依赖信号传播速度的成像定位,定位误差在1 cm以内。     

复合材料梁结构损伤定位的无参考点互相关分析方法

改进了基于互相关函数的损伤检测方法,不需要定义参考点就可以对复合材料梁结构的损伤进行定位。首先采集完好结构各测点的两组加速度响应,一组作为参考响应,另一组作为其特征响应;当结构发生损伤后,采集损伤结构各测点加速度响应作为其特征响应,分别计算完好结构及损伤结构的特征响应与参考响应间的互相关函数;以各测点响应互相关函数最大值在结构完好与损伤之间的相对变化作为损伤指标,对不同测点间的损伤指标进行差分处理,获得相应的损伤定位指标以定位损伤。针对蜂窝夹层复合材料梁单位置损伤和多位置损伤的损伤检测实验表明,该方法仅利用各测点在随机激励下的振动响应信号便可以准确定位损伤。     

复合材料加筋壁板损伤识别的概率成像方法

由于不需要超声导波的波速和传播时间,损伤概率成像方法特别适合于复合材料结构的损伤识别。但是其损伤概率分布函数是一种不精确的分布概率,会造成损伤定位精度的降低,从而会影响其在实际工程结构中的应用。为了提高其损伤定位精度,提出了一种改进的损伤概率成像方法。该方法通过利用损伤因子与损伤距离激励-传感通道直达路径的相对距离的关系,对损伤概率成像方法的损伤概率分布函数进行了改进。通过对复合材料加筋壁板上不同位置损伤的识别,对所提方法的有效性进行了验证。实验结果表明,该方法不仅能对复合材料加筋壁板的单损伤进行准确定位,而且能对两个损伤进行有效识别。     

基于代理模型的复合材料加筋壁板分层损伤定量监测方法

通过建立损伤指数与分层损伤参数间的定量关系,对复合材料加筋壁板分层损伤进行准确定量监测,提出了一种基于代理模型的分层损伤定量监测方法。该方法包括代理模型的建立和逆求解两个过程,通过插值拟合方法建立表征分层损伤参数与损伤指数间定量关系的多项式代理模型;采用损伤概率成像算法获得相对距离和损伤指数,将其代入代理模型中,得到所对应的分层损伤面积;实现对分层损伤进行定量评估的目的。通过一个复合材料加筋壁板分层损伤的定量监测实验,对所提方法的有效性进行了验证。结果表明:基于代理模型的复合材料分层损伤定量监测方法可以实现对分层损伤位置的准确定位,定位误差低于6%;且可实现对分层面积的准确定量评估,定量误差不超过5%。      

基于超声导波的复合材料结构疲劳损伤监测实验研究

为快速评估复合材料结构的疲劳损伤状况,采用超声导波和时-频分析相结合的方法,对疲劳状态下的复合材料结构进行在线连续监测。对玻璃纤维增强复合材料试件进行拉伸疲劳试验,使用激光引伸计获取试件纵向刚度的变化,探究试件内部疲劳损伤的累积情况。利用小波变换对由压电传感元件激励和接收的超声导波信号在时频域进行分析,提取与疲劳损伤有关的信号特征;最后,通过多元偏值分析引入马氏平方距离,融合多个信号特征,确定复合材料试件中疲劳损伤的存在性以及表征其演变过程。实验结果表明所提出方法在复合材料结构疲劳损伤连续监测方面的有效性。     

复合材料结构损伤的属性理论综合评估

为获得一种实时判别复合材料结构损伤的方法研究了属性测度及其识别.用材料结构的应力变化和表面短裂纹群作为特征矢量对结构的状态进行离散化处理,将属性测度识别方法应用于各离散状态的识别,从而对材料结构的损伤程度进行评估.实验表明这种方法的综合识别效率优于径向基函数神经网络,为研究复合材料结构的损伤在线识别提供了一种研究方法.     

基于小波包指纹空间分析的结构损伤评估方法研究

提出了基于小波包指纹空间分析的结构损伤评估方法,通过从结构测试信号中提取小波包指纹并以其平方比空间曲率指标的变化为依据达到对结构损伤的无模型定位.文章并通过一简支梁的数值算例验证了该方法的可行性,算例结果表明此指标能对结构中存在的一处或多处损伤进行精确地定位,同时它们也具有较好的抗噪能力,在30dB噪声干扰下仍能有效定位损伤.最后通过一简支梁损伤评估试验验证了该方法在结构损伤定位上的准确性和可行性.     

基于阵列传感器的复合材料结构损伤MUSIC成像方法

提出了一种基于传感器线阵的多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)损伤成像方法用于航空复合材料的损伤监测。该方法采用MUSIC阵列信号处理方法,通过对传感器阵列信号进行协方差特征值分解,在结构上进行方向扫描并构建监测区域的空间谱,从而实现对结构损伤的成像,具有一维传感器阵列易于布置的优点。所提出的方法在变厚度航空复合材料油箱结构上进行了验证,结果表明,该方法能够准确实现航空复合材料结构上的损伤成像,定位误差小于2cm。     

复合材料层合板故障诊断的一种新方法

本文计算了无损板在给定模态下各单元的能量,求得每个单元对该阶模态下全板能量的贡献,并通过模态实验得到损伤前后各阶固频的变化.分析发现两者之间存在着内在联系,从而得到一种分析小损伤位置和范围的新方法.     

Impact Force Magnitude and Location Recognition of Composite Materials

In order to identify the location and magnitude of the impact force accurately, determine the damage range of the structure and accelerate the health monitoring of key components of the composite, this paper studies the location and magnitude of the impact force of composite plates by an inverse method. Firstly, a PZT sensor mounted on the material plate is used to collect the response signal generated by the impact force, which is from several impact locations, and establish transfer functions between the impact location and the PZT sensor. Secondly, this paper applies several forces to any location on the material plate, and collects the corresponding response signals, and reconstructs the impact force of several locations in turn. Finally, according to the reconstruction result of each location, the correct impact location is identified. Then, an improved regularization method is used to optimize the reconstructed impact force and accurate the magnitude of the impact force. The comparison experiments prove that the recognition error of this method is smaller.     

基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像

超声Lamb波是检测板状结构损伤的常用方法,然而碳纤维增强聚合物基复合材料（Carbon Fiber ReinforcedPlastics,CFRP）本身的各向异性会对Lamb波的损伤成像和定位造成很大的影响。且大多数检测方法均采用健康结构的检测信号作为参考信号,用差信号的方法来实现损伤成像,该过程容易受到待测结构和实验环境变化等外界因素的影响。针对该问题,采用时间反转和加权分布成像相结合的方法,将其应用在复合材料板状结构的Lamb波损伤检测和成像中。仿真结果表明,该方法能够有效地实现板中单源脱层损伤和多源脱层损伤的二维成像与定位,且具有较高的精度和准确性。     

Spatial Wavelet Approach to Local Matrix Crack Detection in Composite Beams with Ply Level Material Uncertainty

Wavelet coefficients based on spatial wavelets are used as damage indicators to identify the damage location as well as the size of the damage in a laminated composite beam with localized matrix cracks. A finite element model of the composite beam is used in conjunction with a matrix crack based damage model to simulate the damaged composite beam structure. The modes of vibration of the beam are analyzed using the wavelet transform in order to identify the location and the extent of the damage by sensing the local perturbations at the damage locations. The location of the damage is identified by a sudden change in spatial distribution of wavelet coefficients. Monte Carlo Simulations (MCS) are used to investigate the effect of ply level uncertainty in composite material properties such as ply longitudinal stiffness, transverse stiffness, shear modulus and Poisson’s ratio on damage detection parameter, wavelet coefficient. In this study, numerical simulations are done for single and multiple damage cases. It is observed that spatial wavelets can be used as a reliable damage detection tool for composite beams with localized matrix cracks which can result from low velocity impact damage.     

基于激光超声二次谐波技术检测纤维增强树脂复合材料加固混凝土结构剥离损伤

纤维增强树脂(FRP)复合材料加固混凝土结构的早期剥离损伤往往趋向于闭合状态,传统线性超声技术对这种剥离损伤不敏感.本文提出了基于连续激光激发窄带超声波技术结合非线性超声二次谐波法检测FRP复合材料加固混凝土剥离损伤的方法,该方法通过强度调制激光技术在加固结构的表面激励窄带超声表面波,在超声波的扰动下,依据弹簧模型的接...     

冰雹冲击复合材料层合板失效模式分析与数值模拟

针对复合材料层合板结构,建立了冰雹冲击复合材料层合板的有限元模型,在充分考虑冲击过程中冰雹的流体特性下,给出了冰雹和复合材料层合板的材料模型和损伤准则,利用显式有限元分析工具LS-DYNA研究了不同冰雹冲击速度下复合材料层合板的临界破坏速度和破坏形式。结果表明,文中给出的冰雹、复合材料层合板的材料模型和损伤准则能够合理地再现冰雹冲击复合材料板的过程;复合材料层合板(AS4/8552)在冰雹高速冲击下首先发生的是基体开裂,当冰雹速度到达125m/s时,层合板上表面纤维发生断裂,但在整个冰雹冲击过程中层合板没有发生压缩失效     

基于压缩感知的复合材料板Lamb波场重构及损伤成像

为了解决全波场数据获取耗时的问题,引入压缩感知算法对波场进行稀疏表示.然而受限于导波在复合材料中复杂的传播特性,压缩感知在复合材料板中的应用成为难题.为此通过考虑导波在复合材料板中传播的各向异性波数特性,构建计算频带内不同角度下的波数库用于波场重构.同时在损伤分析阶段,提出了一种无需基准信号的复合材料损伤散射波场分离技...     

基于损伤敏感指标的斜拉桥结构损伤定位研究

研究斜拉桥结构的损伤位置识别问题。首先根据斜拉桥结构的受力特点,将其视为由斜拉索、主梁以及索塔组成的组合结构,对于斜拉索和主梁分别提出了广义模态应变能指标、位移灰关联指标以及索力变异指标等多种损伤敏感指标,并就观测噪声水平和损伤程度耦合影响下各损伤敏感指标的定位效果进行了系统研究。为提高存在观测噪声条件下损伤识别的可靠性和准确性,将证据理论引入损伤位置判别的决策过程,提出了基于多源损伤证据的损伤定位方法,实现了基于多源损伤信息的损伤定位。通过算例验证了所提出方法的有效性和优越性。     

斜拉桥结构损伤定位的组合敏感指标法

研究斜拉桥结构在斜拉索和主梁组合损伤条件下的损伤定位问题。根据斜拉桥的受力特点，将其看作由斜拉索、主梁以及索塔组成的组合结构，对于斜拉索和主梁分别选取相应的损伤敏感指标，首次提出了斜拉索损伤定位的斜拉索索力指标，在此基础上提出了斜拉桥损伤定位的组合敏感指标法。为了降低测试数据噪声对损伤定位的影响，引入蒙特卡罗法提高方法的准确性和鲁棒性。对一斜拉桥结构进行了损伤识别的数值模拟分析，研究表明该方法仅需不完备的低阶振型模态和索力测试数据，即可实现斜拉索和主梁组合损伤的准确定位。     

强噪声下碳纤维增强树脂复合材料结构Lamb波层析损伤成像方法

Lamb波因其检测范围广、对缺陷敏感性高等特点在复合材料无损检测中广泛应用。但强噪声环境给有效信号的提取带来难度,影响损伤位置判定精度。针对该问题,提出了一种在强噪声背景下基于计盒维数和Lamb波层析成像技术的损伤定位成像方法。首先通过仿真分析了Lamb波在碳纤维增强树脂(CFRP)复合材料板损伤前后传播的特性。在选定的复合材料板上均匀布置圆形传感器阵列,以粘结质量块改变结构局部刚度的形式模拟真实损伤;其次每个传感器依次作为激励器产生Lamb波,其他传感器采集有无损伤下的响应信号,采用小波变换进行信号去噪。将去噪后的信号添加不同等级的白噪声实现噪声干扰;最后采用计盒维数计算有无损伤的信号差异确定损伤因子,并通过概率成像算法实现损伤的定位成像。实验结果表明,在强噪声环境中单损伤与多损伤成像定位最大和平均误差分别为11.18 mm和6.88 mm,该方法无需信号降噪技术,且避免了多损伤时复杂反射信号的提取过程,在强噪声下复合材料损伤定位识别方面具有较大的潜力。