基于对称响应的无基准Lamb波损伤监测

兰姆(Lamb)波结构损伤监测是结构健康监测领域的研究热点.针对现有研究和应用中,基于基准响应的损伤监测方法受环境工况等条件的差异性影响问题,在分析Lamb波传播基本过程和损伤作用机理基础上,研究了基于对称响应分析的无基准Lamb波损伤监测方法.该方法通过对称布置压电阵列,实现对称响应信号的获取,进一步借助于皮尔逊相关...     

结构载荷定位系统的温度补偿研究

在复合材料结构的在线监测研究中,常采用压电元件阵列及Lamb波技术进行损伤检测。室温下检测效果良好,但当温度发生变化时,压电元件和结构的温度效应使检测波形受到影响,从而引起误判。针对Lamb波的结构载荷定位系统,设计了基于有限冲激响应(FIR)数字滤波器的温度补偿模型,对Lamb波检测波形的相位和幅度同时进行补偿,有效消除了因温度变化对载荷定位系统的影响。实验证明,集成了温度补偿模块的载荷定位系统在较大温差下可获得较好的定位精度。     

基于压电元件的Lamb波模式调制方法

Lamb波损伤监测技术是近年来结构健康监测研究的热点之一。由于Lamb波传播过程中存在频散及多模效应,监测过程中结构响应信号十分复杂,给信号处理和分析带来困难。根据压电元件激励与传感模型,对Lamb波模式调制及选择方法进行了分析研究,给出了基于压电元件的选择性模式激励与接收原理,实现对期望模式的激发和采集,简化响应信号及后续处理。在铝板结构上的实验研究验证了方法的有效性。     

基于压电传感器的单一模态Lamb波损伤检测

基于压电传感器的板类结构兰姆(Lamb)波损伤检测,提出了一种利用单一模态Lamb波的无基准损伤检测方法,并在铝板上进行损伤检测实验。根据压电传感器的理论模型,实验中选取单一模态Lamb波检测频率,并从含损伤板的检测信号中准确识别出损伤反射回波信号,根据损伤反射回波传播时间及对应的理论群速度,计算了损伤与传感器的距离。针对理论群速度和实际群速度差异对距离计算造成的误差,提出了一种改进的计算方法,将误差降低到3%以下。结果表明,利用单一模态Lamb波可识别结构中的损伤散射信号,并可有效计算损伤与传感器的距离。     

基于双压电晶圆的Lamb波单模式提取方法

基于压电传感器和兰姆(Lamb)波的主动诊断技术是一种有效的复合材料结构健康监测方法。Lamb波传播特性复杂,频散现象和模态混叠导致接收信号的单一模式难以分辨。该文提出了一种采用双压电晶圆来提取Lamb波中单一模式信号方法,它可以有效地解决由于多模式所引起信号混叠。由于该方法是从传感器自身物理特性出发,不依赖具体结构或者传感器布置特性,所以该方法具有更好的工程适应性。碳纤维复合材料平板中的单模式Lamb波提取实验,验证了方法有效性。     

含金属芯压电纤维对Lamb波传感实验研究

含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型的压电功能元件,该文将其应用于超声Lamb波的传感.该文简述了其传感特性、研究现状,建立了一套基于MPF的兰姆(Lamb)波主动监测系统,实验研究并分析了MPF对Lamb波的传感特性.实验结果表明,MPF作为Lamb波传感器是可行的,且其对Lamb波的传感具有很强的方向性,随着Lamb波传播方向与MPF轴向夹角的增大,信号的峰值单调递减.当激励信号频率为160 kHz时,沿MPF轴向激励时信号幅值约为垂直于MPF轴向时的5倍.     

冲击下钢筋混凝土桥墩损伤监测试验研究

钢筋混凝土桥墩受船舶等撞击后损伤状况的监测对其安全性评估具有重要意义。该文提出一种基于压电应力波传播的钢筋混凝土桥墩损伤状况监测方法,对表面布置有压电陶瓷传感器阵列的钢筋混凝土桥墩缩尺模型进行落锤冲击试验,对比冲击前后简谐激励下测量信号幅值和扫频激励下测量信号小波包能量值,实现试件裂缝损伤监测。监测结果与试件实际开裂情况吻合。结果表明,所提方法能有效地监测桥墩结构在冲击作用后的裂缝损伤状况。     

基于压电波动测量的竹梁界面剥离监测试验

作为天然绿色材料胶合竹材在建筑和土木工程上的应用引起广泛关注,对外荷载作用下竹结构的状态进行监测具有重要应用价值。该文对一竹梁构件模型进行分级加载直至破坏,基于压电应力波传播与测量对其各受力状态下的状态进行监测。通过对比不同荷载等级时简谐激励信号下压电传感器的测量信号的幅值和扫频激励下小波包能量的差异,定义相应的损伤指标,实现了对竹梁构件在加载过程中损伤状态的有效监测。     

基于Lamb波的材料小范围损伤检测研究

Lamb波在材料损伤检测方面的应用已相当成熟,对于损伤性质以及损伤位置的分析都是通过传感器接收到的损伤信号来判断的。但是实际检测中我们不可避免的会碰到小范围、近距离损伤探测,这时候无法做到合理的传感器布设来消除混叠信号。本文基于压电陶瓷,通过Lamb波激励模式优化,研究小范围、近距离的材料损伤检测。实验结果表明,在小范围、近距离的损伤检测中,运用双面激励方式比单面激励方式的效果好,精确度高。     

基于Lamb波群速度的铝合金疲劳损伤检测

从理论上分析Lamb波群速度识别铝合金疲劳损伤的可行性。搭建主动Lamb波结构健康监测系统,采用基于Lamb波群速度的结构损伤检测方法,研究金属疲劳引起的损伤形变的识别过程;通过波包分解技术将接收信号中混叠的激励波包分解出来,从而准确地提取波包的到达时刻,实现Lamb波传播群速度的计算。在实际7050铝合金板材结构上进行了实验验证,并与短时傅里叶变换法进行对比。实验结果表明,采用波包分解技术能准确获取波包的传播时间,通过对比群速度识别金属疲劳的存在,其有效性高于短时傅里叶变换法。     

Lamb波传播能量谱结构裂纹检测方法

针对裂纹损伤易引发严重后果且难以观测这一问题,对Lamb波传播能量谱结构裂纹检测技术进行了研究.利用Lamb波传播距离远,对微小损伤敏感的特点,对传播路径上不同点观测得到的期望模式Lamb波进行分析,得出其传播距离与能量关系谱,根据能量谱的突变检测出结构损伤的位置.在真实结构试件上进行了实验验证,实验观测得到的期望模式Lamb波传播能量谱反映出结构裂纹的具体位置,证明了该方法的有效性和实用性.     

基于ABAQUS的Lamb波椭圆法探伤的仿真分析

以厚4 mm的铝板作为研究对象,研究了兰姆(Lamb)波在铝板中的传播问题。该文结合椭圆法的损伤定位原理和ABAQUS仿真软件对Lamb波在铝板中的传播方式进行研究。通过设置观测点并采集该点Lamb波的信号,计算出健康铝板与损伤铝板的差信号;结合Lamb波的频散特性计算出Lamb波的传播距离,从而定位缺陷位置。研究表明了基于椭圆法的铝板损伤识别的有限元模拟的准确性与可行性。     

主动Lamb波结构损伤监测中的非线性信号提取

基于非线性Lamb波信号的损伤监测研究是近几年发展起来的热点。受频散及多模特性的影响,非线性Lamb波目标模式信号的分析和提取较难。采用时频处理法,结合频散曲线,研究了主动Lamb波结构损伤监测中的非线性信号提取法,并进行了实验验证。实验结果表明,该方法可有效分辨和提取出期望的基频和非线性二倍频模式信号,进一步模拟损伤实验验证了非线性特征信号对结构状态变化的敏感性。     

便携式主动Lamb波结构健康监测集成系统设计

主动Lamb波结构损伤诊断技术是结构健康监测中的研究热点之一。针对现有Lamb波结构健康监测系统结构复杂,携带不便的问题,以金属结构为应用对象,研究了监测系统集成与小型化技术。给出了系统软硬件框架,研究开发了传感器网络控制与信号调理模块,结合USB数据发生与采集卡搭建了系统样机,并采用LabVIEW环境设计开发了系统软件,包括系统管理和结构损伤成像诊断等。在金属铝板结构上的实验验证了该集成监测系统的可靠性和准确性,实验结果表明,该系统可满足主动Lamb波结构健康监测技术现场测试、在线监测等应用要求。     

采用聚焦Lamb波方法的板结构螺钉松动监测

针对基于压电元件和主动Lamb波的螺钉松动监测研究中存在的问题,研究采用聚焦Lamb波信号方法改进现有监测技术。介绍和分析了基于时间反转处理的Lamb波信号聚焦原理和过程,以及基于此的螺钉松动监测特征参数提取以及方法的实现技术;通过在铝板盒段试件上的实验,给出了实验验证,证明了该方法具有较好的实用性。