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。      

一种基于压电晶片阵列的板结构损伤识别方法

提出一种通过单个压电晶片对板结构进行激励,使用十字形压电晶片阵列接收响应信号,然后基于相控阵原理对信号进行处理,从而对板结构损伤进行识别的方法。首先用谱元法分析了在单点激励下铝板结构有损伤和无损伤时Lamb波的传播情况,得到压电晶片阵列中各阵元所在位置的响应信号。根据压电晶片阵列布置形式及各阵元之间的相互位置,对各阵元接收到的时域信号进行处理,从而对结构的损伤进行识别。通过对板结构中含有一个和两个损伤的情况进行了研究,验证了该方法的有效性。     

基于Lamb波和Hilbert变换的复合材料T型加筋损伤监测

为了监测整体成型复合材料结构的损伤,提出了一种基于Lamb波和Hilbert变换的能量损伤指数。首先,通过应用Hilbert变换提取Lamb波信号的波形包络;然后选取具有最大峰值的波包,将此波包在结构出现损伤后的能量变化值与损伤前的能量之比作为损伤指示;该方法不需要选择特定的Lamb波模式,克服了Lamb波在复合材料结构中存在的频散、多模式及模式转换给信号分析带来的困难;最后在复合材料T型加筋的损伤演化试验中,对该能量损伤指数进行了应用验证研究。研究结果表明：该能量损伤指数可以用于复合材料T型加筋的损伤监测,当能量损伤指数（EDI）值达到0.62时,所研究的复合材料T型加筋确定有损伤产生。     

无参考Lamb波相控阵结构损伤监测成像方法

超声相控阵结构健康监测中通过计算差信号获取损伤散射信号的方法易受环境和结构变化的影响,针对这一问题,提出无参考信号的相控阵结构健康监测成像定位方法。采用窗函数截取散射信号,剔除直达波和边界反射信号。基于相控阵方法,对结构损伤状态时的传感器响应信号进行处理,无需结构健康状态时传感信号作为参考。该方法在碳纤维复合材料板结构上的实验研究证明,采用无参考信号的超声相控阵方法能够精确实时地监测并清晰表征结构损伤;同时,该方法可以大大缩短监测时间,且不受环境条件变化的影响,为该方法的工程化应用奠定基础。     

基于含金属芯压电纤维与Lamb波的一维结构损伤定位研究

含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件.介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型.利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究.研究结果表明:MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高.     

基于含金属芯压电纤维与Lamb波的结构损伤定位研究

摘要：含金属芯压电纤维（Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF）是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究。研究结果表明：MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高。     

基于最大相似性的Lamb波损伤信号分解及试验研究

损伤反射波的准确提取可以使得基于主动Lamb波技术的损伤检测更有效的进行,而边界等结构特征反射波与损伤反射波产生的混叠,是提取损伤反射波的一个重要障碍。针对混叠情况,目前已有的主动Lamb波损伤监测方法大多采用基于参考信号的方法获取损伤散射信号,容易受到结构和环境等外界因素的影响。而由于在传感器接收到的Lamb波信号中,直达波之后时间段内的信号并不是任意波形,而应该是由数个反射波组成的,因此只要得到与目标信号最相似的反射波叠加组合,就可以认为成功解读了该目标信号,即相当于得到了损伤反射波。因此,提出一种基于最大相似性的Lamb波损伤信号分解算法。在分析Lamb波传播特性的基础上模拟边界反射波和损伤反射波,然后基于最大相似性原则,通过遗传算法对二者的合成信号的各个参数进行优化,使合成信号与目标信号之间的相似度达到最大。最后,使用Time of Flight(To F)方法对损伤进行了定位。铝板上的试验结果表明,该方法能够准确地提取出与边界反射波混叠的损伤反射波,从而实现对边界附近损伤的检测。     

Lamb波结构损伤检测温度补偿方法仿真与实验研究

基于主动Lamb波的结构健康监测和损伤检测是目前研究的热点之一。由于环境温度的改变使得结构的材料性能发生变化,从而导致导波在结构中的传播也发生变化。因此对于需要利用完整结构的基准状态信号对比当前信号来判定结构损伤存在与否的Lamb波线性损伤检测方法来说,波动传播温度影响的补偿就显得尤为重要。本文基于压电激励Lamb波传播过程分析研究了信号扩展时域温度补偿方法,分别进行了不同温度下Lamb波传播与损伤检测的有限元数值仿真和实验,利用基准信号选择和基准信号扩展的温度补偿方法处理波动响应信号。仿真和实验结果表明了温度补偿方法的有效性,得到了基准信号集中最大温度间隔要求,能够有效识别环境温度变化下的结构损伤。     

应用遗传算法和散射Lamb波的板结构损伤识别

提出了一种基于遗传算法和散射Lamb波的损伤识别方法,能同时识别板结构中损伤的位置和程度。该方法将结构损伤识别转换为优化问题,结合Lamb波的散射模型,通过最小化理论计算结果与实际量测信息之间的差别,遗传算法自适应地搜索出描述损伤位置和程度的参数。为了提高运算效率,采用微种群遗传算法来加速收敛性。数值仿真结果表明了所提出方法的有效性和可应用性。     

复合材料板脱层损伤的时间反转成像监测

基于时间反转理论,对主动Lamb波复合材料结构脱层损伤成像监测技术进行了研究。分析了时间反转方法的理论基础以及对波源的信号聚焦过程。根据信号传播自身的特性,研究采用时间反转聚焦方法使损伤散射信号能量叠加放大,从而提高信号的信噪比,分析给出了具体的损伤信号时间反转聚焦增强过程;利用时间反转法对波源的自适应聚焦能力,重建信号传播波动图,通过信号聚焦显示损伤位置和区域。在玻璃纤维复合材料板上的真实损伤实验结果表明,该方法能有效提高损伤散射信号的能量,较为准确地监测出损伤的位置、大致范围等特征。     

稀疏重建的兰姆波结构损伤定位

研究了基于稀疏重建算法的兰姆(Lamb)波损伤成像方法。利用损伤的稀疏性,对测量信号在字典中寻求其稀疏表示,通过稀疏重建方法得到定位缺陷的图像。由兰姆波信号传播模型理论,计算检测区域所有可能出现缺陷位置对应传感器接收到的散射信号波形,以此组成过完备字典;并通过梯度投影算法从字典中搜寻匹配的原子,匹配原子在字典中的位置对应于缺陷在检测区域中的位置。仿真实验采用多模态兰姆波进行损伤定位,结果表明稀疏重建方法在低噪声情况下可以实现对单个、两个缺陷的定位,和延迟求和成像方法对比,稀疏成像具有更少的噪声干扰及伪像。     

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。     

金属薄板中导波的模态识别和波速测定

按照Lamb波理论,板内导波由多阶对称波和反对称波组成。当波长远大于板厚时,利用经典平板理论对Lamb方程进行简化,此时板内主要有零阶对称波S0和反对称波A0两种模态。认识薄板内声波模态,不仅有助于分析声源性质,提取有效信号,而且可以提高声发射检测中时差定位的准确性。利用PAC公司的Fieldcal标准信号发生器和Nielsen Hsu断铅法作为信号源在0.7 mm薄钢板上进行声波传播实验。通过比较实测波速和理论波速甄别板内的声波模态。实验发现对称波S0实测波速和理论波速比较吻合,而反对称波A0的波速由于频散而较难精确测量。综合两种模态波的波速情况,声发射检测中利用对称波速度进行声源定位计算更加接近薄壁结构声波的传播状况。     

板中正交静应力与Lamb波波速关系探讨

在静应力产生的位移是有限位移,波产生的位移是无限小位移的假设前提下,用非线性声弹性理论,导出了正交静应力作用下的各向同性超弹性体的等效弹性常数．进而探讨了正交静应力与Lamb波波速的关系．得出了一些有实用价值的结论。可为Lamb波的应力测量提供理论基础。     

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。