Lamb波时间反转分解损伤识别方法研究

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。时间反转分解方法利用发射-接收阵列可以选择性地分别聚焦定位各个散射体.由于Lamb波传播的频散和多模式特性,导致了Lamb波时间反转传递矩阵的不对称性。基于压电激励Lamb波传播过程,分析研究了Lamb波时间反转传递矩阵显著特征值数目与散射体数目的关系,进行了Lamb波传播与损伤检测的实验研究,利用Lamb波A0和S0模式传播解析解数值反向传播,定位板中各个散射体。实验结果表明了Lamb波时间反转分解损伤识别方法的有效性,能够有效识别并定位结构损伤。     

基于Lamb波时间反转的复合材料结构损伤监测

采用Lamb波时间反转法,对复合材料结构进行在线连续健康监测。利用板中Lamb波时间反转法的原理和自聚焦特点,运用时间反转方法,通过传感器网络的布置,激励并接收Lamb波,从而对复合材料结构实现损伤监测。该方法无需结构无损情况的基准信号,能够对有损结构进行快速的损伤定位及损伤大小判断。采用改进的RAPID算法进行损伤成像,得到的损伤图像可将损伤情况可视化。实验研究表明所提方法可行和有效。     

基于Lamb波时间反转法的复合材料损伤检测

为检测复合材料损伤,利用Lamb波时间反转法的聚焦特性,在复合材料布置压电传感器激励和接收Lamb波.时间反转法无需对比基准信号就能快速准确地实现损伤的判别,提出的改进损伤成像方法可实现损伤情况可视化.实验研究验证了检测方法的有效性和改进损伤成像方法的优越性.     

无基准Lamb波时间反转损伤概率成像监测方法

根据损伤散射信息进行结构损伤特征参数提取与损伤监测,是Lamb波结构健康监测研究中的最为有效的方法之一,而目前常用的有基准差信号提取损伤散射信号技术在应用中存在实用性差的问题.采用Lamb波时间反转聚焦原理,结合损伤概率思想,提出了无基准损伤概率成像监测方法.利用信号时间反转处理对波源的自适应聚焦机理,消除Lamb波的频散效应;并根据单模式Lamb波响应信号的各波包在时反聚焦信号中的相对时刻,提取损伤散射信号的传播时间,以此计算出结构中各点出现的损伤概率,从而实现对损伤的成像、定位和监测.在金属铝板结构上的实验表明,该方法可在无需基准信号的情况下,较为清晰地分离出损伤散射信号和信息,得到结构各点的损伤概率图像,有助于结构健康监测的实用化.     

基于Lamb波的修补后损伤结构健康监测方法的试验研究

利用损伤对结构中Lamb波传播特性的影响,对用复合材料补片修补后的金属损伤结构的健康监测方法进行了试验研究。在用复合材料补片对含裂纹的铝合金试件进行修理后,在复合材料补片周围安装了3个压电陶瓷传感器。压电陶瓷传感器在试验中的响应数据被周期性的记录下来。为了描述修补后损伤金属结构的健康状态,定义了3种基于传感器响应数据的损伤指数。试验结果表明,基于波形相关性的损伤指数可更好的描述修补结构的损伤发展过程。研究结论在某型飞机疲劳试验中得到了应用。     

一种基于宽带激励的虚拟时间反转方法

针对主动Lamb波监测中常见的低信噪比问题和传统时间反转方法降低监测信号空间分辨率的不足,提出一种采用宽带激励求取损伤散射路径传递函数的虚拟时间反转方法并应用于复杂结构的多损伤成像中.理论研究并经实验验证表明该方法不但能够有效实现Lamb波多损伤散射信号在相应损伤处聚焦增强,抑制了边界反射信号和噪声,提高了信噪比,而且与传统时间反转方法相比,提高了损伤聚焦波包的空间分辨率,增强了对于多个损伤的监测能力.最后的成像结果显示虚拟时间反转方法能够改善复杂板结构中两个近邻损伤的成像质量.     

主动Lamb波健康监测系统设计及应用

本文对主动Lamb波技术的监测原理和监测系统进行了系统论述,构建了一整套Lamb波监测系统,对铝板结构上的裂纹损伤进行了定位检测,证明了该套系统的有效性.本研究为主动Lamb波技术的现场应用提供了数据支撑.     

结构裂纹损伤的Lamb波层析成像监测与评估研究

结构健康监测研究中,板壳类结构裂纹损伤监测一直是研究的热点。采用基于相关性分析的概率损伤重构算法(Reconstruction algorithm for probabilistic inspection of damage,RAPID),对结构裂纹损伤监测进行研究。利用RAPID算法中采用信号之间的差异性进行损伤识别和重构,克服了Lamb波复杂多模传播特性对信号分析的影响。在此基础上提出一种改进的RAPID算法,根据裂纹损伤对Lamb波监测信号的反射及散射作用,通过校正损伤区域中裂纹方向上的信号差异系数值(Signal difference coefficient,SDC),强化裂纹方向上的重构图像信息,实现对裂纹损伤的图像重构,并由接收端SDC分布图评估出裂纹的长度。试验结果表明,该方法能较为准确地实现对裂纹损伤的直观图示,重构出的裂纹层析图像能很好地反映裂纹的信息,实现方向及长度的评估,可用于对裂纹损伤的定量评估和扩展监测。     

基于Lamb波的复合材料结构损伤成像研究

本文基于Lamb波和时频分析方法，提出了一种损伤成像方法，对复合材料结构进行在线的连续监测。首先通过高阶板理论建立了Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系，得到Lamb波的理论速度分布，为损伤成像提供基准信息；然后采用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析，提取特征信息，得到散射波的能量分布；在此基础上通过考虑各向异性对Lamb波传播速度的影响，将散射波的能量分布与各个像素点的对比度关联起来，得到损伤的图像，将损伤的情况可视化。同时建立了原型结构健康监测系统，实验研究表明了本文所提出方法的可应用性和有效性。     

方向性损伤的Lamb波压电线阵扫描成像与评估

对方向性损伤的Lamb波定量监测与评估方法进行了研究,采用了线性压电阵列布置方法,基于传感阵列各阵元捕获到的Lamb波损伤散射信号之间的相位情况,扫描方向性损伤反射信号的相位延迟信息,实现损伤和方向中心位置的判定。根据判定损伤方向,通过线阵旋转处理,研究改进了时间反转损伤成像评估方法,实现对方向性损伤的成像和评估。在铝板结构上的实验研究表明,该方法可以实现对损伤方位和尺寸的定量评估,较现有成像方法具有更好的抗干扰性和准确性。     

考虑重力影响的索结构损伤行波识别法

因索中某几股断裂而导致索等效截面减小是索结构常见的损伤模式。文中分析此损伤模式下索受扰动后的行波响应，提出重力场中索结构损伤的行波识别法。该方法由索上一点的实测响应数据，根据入射波和反射波到达该点的时间确定损伤位置，根据入射波和反射波的信号能量比及能量的时域分布确定损伤程度和损伤段宽度。为适应现场有噪声测试数据的影响，应用多分辨率分析理论，以Daubechies小波分解行波响应信号，对信号去噪并作出白噪声情况下损伤识别方法的误差估计。仿真结果表明，该方法可采用噪声污染响应信号对重力场中索结构的损伤进行准确的估计，适合小损伤情况下索结构的损伤识别。     

最优小波包分解在基于响应信号的结构损伤检测中的应用

小波包分解方法在基于响应信号的结构损伤检测中被证明对损伤程度高度敏感,得到广泛的应用.在小波包分解中采用的是完全二进制分叉树型分解,而实际上在分解过程中部分子信号仅含有很少的信息量,对其再进一步分解是不必要的.通过引入熵的概念,可以对分解过程中的各层子信号进行选择,仅对含有足够丰富信息的子信号进行更进一步的分解.这样做可以有效减少最终所得子信号数目,在保持灵敏度的同时降低损伤指标的维数,有助于缩减损伤识别中神经网络的规模,对于大型复杂结构的损伤检测工作具有一定的意义.     

改进的基于固有频率向量的损伤检测方法

通过仿真算例说明基于结构损伤前后固有频率变化的固有频率向量空间损伤检测法是一种很有潜力的损伤检测方法.为了验证该方法在复杂结构损伤检测中的有效性,针对一个8层剪切楼房模型,通过有限元建模并模拟损伤,建立结构的固有频率向量损伤检测数据库,应用固有频率向量法进行损伤检测.在考虑结构损伤前后固有频率向量相关性的同时,也考虑其固有频率向量模之间的偏差因素,对固有频率向量法损伤检测的置信准则进行改进.实验结果说明,应用有限元建模方法能准确模拟复杂结构的损伤状态,拓展了固有频率向量法的适用范围,并且与原损伤判据相比,改进的损伤判据在实验中明显提高了损伤检测的准确性.     

FOULING DETECTION IN FOOD VESSELS USING INTERDIGITAL LAMB WAVE TRANSDUCER

Lamb waves are used to detect fouling in food vessels. The propagation of the Lamb waves in plates exhibits many modes and dispersion characteristics, which have great influence on fouling detection. The relative distribution of the in-plane and out-of-plane displacement of the mode across the thickness of the plate will determine the sensitivity of the mode to a particular loading condition. By considering the dispersion and multi-mode characteristics of guided waves, an interdigital polyvinylidene fluoride (PVDF) transducer is designed to realize the mode selection of guided waves, and a single a0 mode is used for guided wave detection. Fouling detection experiments are conducted in the laboratory using epoxy adhesive on a thin plate. Using the interdigital PVDF transducer, three fouled areas are detected. Using one of the time-frequency analysis methods, the waveforms are further processed. This also demonstrates the validity of this method of fouling detection.     

基于声-超声技术的Lamb波特性实验研究

声-超声技术是近几年发展起来的评估材料缺陷和损伤的新技术,相对于声发射技术,因其为一种主动检测技术而具有明显的优越性.对于薄板,声一超声技术是以Lamb波为其检测介质.因此,文中基于声-超声技术,以航空铝板为检测对象,对板中Lamb波的特性进行实验研究,主要利用短时均方根分析(short-time-root-mean-square,STRMS)和小波再分配尺度谱对Lamb波在铝板中的传播特性、时频特性和模态特性进行深入探讨,得到一些有价值的结论,为将声-超声技术应用于航空铝板损伤检测奠定基础.     

结构损伤检测的一种改进附加质量方法

提出一种改进的附加质量方法用于结构的损伤检测中。通过在结构的某些部位处附加已知的集中质量块,测量得到附加质量系统的低阶模态,将这些新的模态及原结构的模态联合起来,通过频率灵敏度和柔度灵敏度建立损伤识别方程求解损伤参数。以一个二层的框架结构为算例,对所提的改进附加质量方法进行验证。研究结果表明,仅需要测量原结构和附加质量后结构的少数低阶模态信息,即可以比较准确地检测出结构的损伤,说明附加质量方法的可行性。     

结构损伤识别的联合灵敏度方法研究

提出一种联合灵敏度方法用于结构的损伤识别中,该方法将频率、振型和柔度三种灵敏度结合起来,可以获得更多的方程来求解损伤参数。利用数值算例对所提方法进行验证,并将所得计算结果与特征对灵敏度方法计算结果进行比较。结果表明所提方法是合理可行的。     

基于时域损伤编辑法的整车道路模拟试验谱编制

整车道路模拟试验需要真实再现车辆的服役载荷,传统的载荷谱编制方法已无法满足其对试验谱的要求,因此急需采用一种能完好保留服役载荷特征的试验谱编制方法。通过分析比较几种常用的编谱方法,发现时域损伤编辑法可在完好保留服役载荷各项特征(幅值、频率、加载次序和多通道相位)的同时,实现试验时间的缩短,是适用于道路模拟试验的一种有效的编谱方法。以某轿车试验场实测载荷谱为基础,应用该方法生成了试验加速谱。从幅值域和频率域对加速谱的有效性和合理性进行了理论验证,发现加速谱在缩短试验时间的同时,完好保留了原始载荷谱的损伤值和各项特征。最后,应用该试验谱建立了整车耐久性台架试验,试验结果与汽车试验场试验相一致,进一步验证了该方法的正确性。     

基于时序分析的经验模式分解法及其应用

经验模式分解方法可以将非线性非平稳信号分解为有限的固有模式函数,在故障诊断中这个固有模式函数常常就是故障信号。但当两侧端点不为极值点时,会造成三次样条拟合的极值包络线大大偏离实际值,并且随着分解的不断进行向内“污染”。提出采用时间序列建模与预测方法,对原信号两端点进行预测,有效地消除了端点效应。指出经验模式分解具有分解的自适应性特点。最后,给出了齿轮箱振动信号的应用实例。     

基于HHT的钢筋混凝土结构损伤检测新方法分析

针对混凝土结构损伤信号的特点,引入一种非平稳信号的时频分析新方法--希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang变换,简称HHT)用于混凝土结构损伤检测.该方法是通过经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)提取信号的固有模态函数(intrinsic mode function, IMF),再进行Hilbert变换,求瞬时频率、瞬时振幅,得到信号的Hilbert谱.试验中通过对无损伤和有损伤两种钢筋混凝土梁进行侧向激振检测,对无损伤信号和损伤信号谱特征进行比较分析,结果表明HHT方法能识别结构损伤,且优于常规的Fourier变换方法及小波变换(wavelet transform, WT)方法,值得推广.