基于圆形压电阵列的主动Lamb波损伤成像监测研究

对主动Lamb波结构健康监测中的压电阵列技术进行了研究。分析了传统的矩阵式压电阵列在应用中存在的问题,基于回声式原理研究设计了圆形压电阵列方法,分析了该方法的特点和信号采集过程,结合时间反转成像技术,实现对损伤的监测,实验结果表明:该方法能克服传统矩阵式压电阵列在应用中存在的监测范围、信号监测能力差异等问题,最后分析了圆形压电阵列还存在的问题。     

基于压电晶体传感器的椭圆损伤定位算法

压电晶体传感器作为激励部件可以在结构中产生高频弹性应力波,其同裂纹等局部损伤发生相互作用将产生波动的能量耗散、波形反射以及波形干涉等现象.利用附在金属板上的压电激励器在结构产生的高频弹性应力波,并通过嵌入或附着在结构中的压电传感器进行接收,提出了一种基于TDOA模型的椭圆损伤定位算法.利用该算法可以获得损伤部位坐标的显式表达式,并能够对损伤区域的大小做出估计.仿真计算结果和实验证明该算法能够提供实时的"主动"损伤检测手段,同时可以准确快速地对结构中可能存在的损伤进行定位.     

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.     

矩形压电片对Lamb波传感的方向性研究

矩形压电片被广泛用作超声Lamb波的传感器与驱动器。理论推导了矩形压电片对Lamb波（A₀模式）的传感灵敏度系数的函数表达式,同时对推导结果进行了实验验证。研究结果表明矩形压电片对Lamb波的传感具有很强的方向性。当Lamb波传播方向沿着矩形压电片长度方向时,矩形压电片传感响应电压最大。随着Lamb波入射角度的增大,响应电压幅值越来越小,当入射方向与矩形压电片长度方向垂直时,响应幅值达到最小。     

压电晶体传感器激励模型及其在结构健康监测中的应用

在结构健康监测系统中,基于应力波的结构损伤诊断技术是一种主动的局部损伤检测方法.压电晶体传感器作为激励部件可以在结构中引入高频应力波;其同裂纹等局部损伤发生相互作用将产生波动的能量耗散、波形反射以及波形干涉等现象.通过对附着在无约束金属板上的压电晶体传感器(PZT)激励模型的理论分析及有限元数值计算,说明PZT能有效地产生检测应力波,并可将其应用在结构局部损伤检测中.     

基于时间反转理论及压电阵列技术的损伤图像监测方法

结构损伤的监测、定位和辨识技术是结构健康监测研究中一个热点,也是当前研究的难点之一.针对结构损伤图像辨识研究的难点,分析了时间反转聚焦原理,结合压电阵列技术,提出了基于时间反转聚焦方法的板结构损伤图像监测方法,并进行了实验验证研究.实验结果表明该方法能较为有效地表征损伤特征和范围,实现简单,有助于结构健康监测的实用化.     

含金属芯压电纤维传感Lamb波方向性研究

含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件.阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究.研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现出很强的方向性.相比采用幅值表征的结果,采用能量因子进行传感方向性表征更...     

基于椭圆定位与核密度估计算法的石墨烯/环氧树脂薄膜损伤检测

石墨烯/环氧树脂复合薄膜作为纳米复合薄膜材料,在气体检测、应变检测、保护图涂层和吸波涂层等领域具有广泛的应用。而复合薄膜在制备过程中可能会产生缺陷,将影响复合薄膜的性能。因此,快速、准确地检测并定位复合薄膜内部的损伤具有重要意义。提出了一种引入核密度估计算法的超声兰姆(Lamb)波损伤检测、定位系统装置,该系统由柔性损伤检测单元和缺陷位置显示单元组成,其中损伤检测单元由32对检测电极阵列和4个压电陶瓷(PZT)激励源构成;基于飞行时间测量,通过提取Lamb波损伤散射信号与激励信号到达各电极对的时间差,结合椭圆定位与核密度估计算法,利用上位机实现了薄膜内部多损伤检测定位及损伤的云图显示。同时,优化了损伤位置的定位算法,结果表明,改进的二维核密度估计算法提升了损伤定位的精度,其位置偏差优于8%。     

纳米材料的装配式混凝土结构界面损伤监测试验研究

为研究装配式混凝土结构的界面脱粘性能,采用压电陶瓷传感器对含/未含纳米材料的混凝土梁进行损伤监测.利用小波包理论分析加载下混凝土梁的界面脱粘损伤与能耗之间的关系.试验结果表明:与未含纳米材料的混凝土梁相比,含纳米材料的混凝土梁界面脱粘性能得到了很大改善.时域分析、小波包能量和损伤指标很好地解释了因纳米材料的加入提高混凝...     

面向结构损伤信号的多传感器感知融合方法

针对结构监测中的结构损伤信号的处理,提出一种基于压缩感知的数据融合方法,实现压 缩采样后的稀疏信号的融合和重构。对航空铝板的损伤信号采用高斯随机矩阵将高维 信号序列投影到低维空间,获得稀疏采样的线性测量值,实现信号的压缩采样;再对多 传感器的线性测量值进行数据融合;最后通过重构算法来实现信号的重构。实验表明,与现 有的方法相比,感知融合的方法具有更好的融合性能和抗噪性,能获得更高的数据压缩效果 ,节省了网络的带宽和能量,更适合于结构损伤信号的处理。