基于MUSIC算法的复合材料近场冲击源定位

为了提高算法在近场冲击源的定位精度,提出了基于多重信号分类(MUSIC)算法的复合材料近场冲击源定位方法.首先通过Fresnel近似将一维远场模型扩展到二维近场模型;接着应用Gabor小波变换从冲击的宽带信号中提取某一中心频率的窄带波;最后应用二维近场MUSIC算法,扫描整个监测区域,可以同时得到冲击源的距离和方位角.复合材料层合板的冲击实验结果表明该方法能够精确有效地对冲击源进行定位,距离的定位误差不超过0.94 cm,方位角误差不超过1°.     

基于MUSIC算法的复合材料近场冲击源定位

为了提高算法在近场冲击源的定位精度, 提出了基于多重信号分类 (MUSIC)算法的复合材料近场冲击源定位方法。首先通过Fresnel近似将一维远场模型扩展到二维近场模型; 接着应用Gabor小波变换从冲击的宽带信号中提取某一中心频率的窄带波; 最后应用二维近场MUSIC算法, 扫描整个监测区域, 可以同时得到冲击源的距离和方位角。复合材料层合板的冲击实验结果表明该方法能够精确有效地对冲击源进行定位, 距离的定位误差不超过0.94 cm, 方位角误差不超过1°。     

基于激光热激励红外热成像纤维增强聚合物复合材料加固混凝土结构界面损伤无损检测

红外热成像（IRT）检测技术常被用于纤维增强聚合物复合材料（FRP）加固混凝土板的剥离损伤无损检测。但传统热源激励IRT法受加热距离短、热灵敏度低、功耗大等因素影响较大。本文提出了基于光学激发线激光热源的IRT法对FRP加固混凝土的剥离检测方法,该方法通过控制线热束在FRP加固混凝土结构的表面形成移动扫描热激励,通过红外热像仪测量结构中的界面剥离引起的表面局部热分布异常。基于模拟和实验研究结果,证明该方法对FRP加固混凝土结构中界面剥离检测具有如下优势:利用激光扫描热成像技术检测FRP改造混凝土结构中剥离损伤的可行性;实现了FRP加固混凝土结构的远距离、高热灵敏度及低功耗的损伤检测。      

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...     

基于改进空间滤波器的复合材料结构损伤成像方法

为降低Lamb波在复合材料结构中传播时存在的频散现象和各方向传播特性的不一致性给损伤监测带来的困难, 提出一种利用Hilbert变换改进的空间滤波器对复合材料结构损伤进行成像的方法。分析了基于空间滤波器的信号合成成像原理, 在此基础上利用Hilbert变换构造传感器时域响应信号的解析信号参与到信号合成成像过程中。通过对仿真声源的成像实验, 验证了该方法的可行性, 通过对碳纤维复合材料板结构上激励源和损伤的成像实验, 验证了该方法的功能。研究表明该方法能够识别损伤相对于压电传感器阵列的角度位置和损伤散射信号的到达时刻。      

基于涡流成像的碳纤维增强树脂基复合材料细观结构可视化

对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的细观结构成像方法进行了研究,利用涡流成像技术实现了CFRP层合板中纤维方向及纤维缺失、褶皱和空隙过大等缺陷的可视化。首先通过有限元仿真和电路理论分析了CFRP板中涡流的生成机制和分布特性,阐述了基于涡流法的CFRP细观结构成像机制。然后介绍了用于扫描成像的高频涡流检测（HF-ECT）实验系统并确定了涡流探头的形式及其参数。最后利用涡流成像技术分别对单层板、正交层合板和四方向斜交层合板进行了检测,绘制了涡流检测（ECT）信号的三维伪彩图并得到了清晰的纤维纹路分布。通过引入滤波去噪技术和二维快速傅里叶变换（2D-FFT）对图像进行进一步处理,提高了图像分辨率并完成了不同方向上纤维纹路的分离,从而实现对层合板每单向层中缺陷的精确定位。     

炭纤维织物复合材料微结构超声成像方法

超声波在炭纤维织物复合材料中树脂囊界面声压反射系数可达 21 %,在层间界面的反射则与树脂层的厚度和声波频率有关,在缺陷界面则会产生绝对反射。研究了入射声波在织物复合材料内部树脂囊、编织纤维束和层间界面产生的声波反射信息,揭示织物复合材料内部铺层和层间界面微结构的三维分布特征。结果表明,采用高分辨率超声成像方法,可以较好地再现织物复合材料中的树脂囊和纤维束形状、取向、铺层方向及层间界面等三维分布特征,为织物复合材料提供一种有效的微结构表征和缺陷检测方法。      

基于Shannon复数小波的复合材料结构时间反转聚焦多损伤成像方法

研究了一种基于压电传感器阵列和主动Lamb 波的结构损伤成像方法,有助于克服Lamb 波在板结构中、特别是在复合材料板结构中存在的频散、多种模式及模式转换的现象给结构健康监测带来的困难。分析了结构多损伤散射信号的时间反转聚焦原理,在此基础上提出了一种基于Shannon 复数小波和时间反转聚焦的信号合成成像方法。该方法中,确定Lamb 波响应信号的到达时刻是信号能够准确聚焦的关键因素之一。提出了利用Shannon 复数小波变换计算Lamb 波响应信号到达时刻的方法。在碳纤维复合材料板结构上对整套信号合成成像方法进行了验证。研究结果表明,该方法能够有效地对同一个监测区域中的多个损伤进行成像定位。相对于30 cm ×30 cm 的监测区域,定位误差不超过2 cm。该方法有助于结构健康监测技术的工程应用。      

基于梅花阵列的复合材料全方位冲击定位方法

针对一维线性传感器阵列的盲区问题,研究了基于梅花阵列的二维多重信号分类(2D-MUSIC)冲击定位方法。梅花阵列的布置方式是在圆心处布置1个PZT传感器,另外在半径为 R 的圆周上均匀布置 M 个PZT传感器,首先联合冲击信号传播到参考阵元PZT0和第1个接收阵元PZT1的时间信息估计冲击信号的Lamb波传播波速;然后利用近场2D-MUSIC算法实现冲击源的距离和角度的同时定位;最后,在玻璃纤维复合材料层合板中进行了冲击定位方法的验证。实验结果表明: 基于梅花阵列的方法能够对0°~360°的冲击源进行精确地定位,定位结果精度较高,其中最大距离误差为2.2 cm,最大角度误差为5°。     

基于虚拟时间反转的高分辨率复合材料板结构损伤成像

针对传统时间反转(TR)方法消除Lamb波传播时间和操作复杂的问题, 提出了虚拟时间反转(VTR)方法。该方法采用换元激励和接收机制以保留时间信息, 并运用信号运算代替物理TR操作。讨论了基于阶跃激励获取损伤监测路径传递函数的VTR实现过程。提出了基于VTR的高分辨率损伤成像方法。为了降低复合材料各向异性的影响, 在成像中进行了速度修正。实验结果表明, VTR方法能对碳纤维复合材料板中的Lamb波损伤散射波包进行部分再压缩和TR聚焦, 通过本文中成像方法也能清晰显示出板中单个和两个近邻损伤。      

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。     

基于概率损伤算法的复合材料板空气耦合Lamb波扫描成像

采用非接触空耦传感器在准各向同性复合材料板中激励出单一的Lamb波模态,用于分层缺陷的扫描检测。扫描时,激励和接收传感器置于复合材料板同侧并相对倾斜布置,传感器沿2个正交方向同步线性扫描,得到不同位置的检测信号。对不同扫描路径下的检测信号进行连续小波变换,提取激励频率下的小波系数包络信号,对分层缺陷进行成像。在此基础上,利用概率损伤算法定义损伤指数,结合不同方向的损伤指数实现分层缺陷成像。采用全加法和全乘法对2个正交扫描方向得到的成像结果进行数据融合,实现了分层缺陷的定位和重构。并在成像算法中引入阈值,进一步提高了分层缺陷的定位精度以及重构质量。     

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。     

基于鸡群算法的近场声源三维定位MUSIC算法

针对三维多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）算法估计声源位置时计算速度慢,计算量大等缺点,提出了一种基于鸡群优化（Chicken Swarm Optimization,CSO）算法的近场声源三维定位算法。首先建立近场声源信号接收的数学模型,并选取三维MUSIC算法中的空间谱函数为文章算法中的适应度函数。通过不断迭代和局部搜索,以适应度值为指标对鸡群个体进行排序,最终得到最优鸡群个体的位置,即近场待测声源的坐标。仿真和实验结果表明：文中算法具有定位精度高、计算效率高、实时性好等优点,文中算法的平均用时仿真时为三维MUSIC算法平均用时的1.9%,实验时为三维MUSIC算法用时的3.2%。     

基于多重信号分类算法的复合材料冲击定位

为了提高复合材料结构冲击定位的精度和实时性, 将阵列信号处理技术引入到结构健康监测领域, 提出了利用小波变换和多重信号分类算法实现复合材料结构冲击定位的新方法: 通过小波变换提取冲击响应信号某一窄带频率成分, 运用多重信号分类(MUSIC) 算法实现冲击源到达方向的估计; 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, 实现冲击定位。对玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板和碳纤维/双马树脂基复合材料层合板2 种试件的实验均表明该方法能快速、精确地识别出冲击源位置。