基于压缩感知的金属加筋板兰姆波健康监测技术

针对大型复杂板结构安全评价需要，发展了一种基于压缩感知的金属加筋板结构兰姆波健康监测技术。利用压缩感知技术从稀疏阵列得到的少量检测数据中恢复出加筋板结构中兰姆波的频散特性，并提出了一种将余弦相似度和皮尔森相似度相结合的稀疏阵列兰姆波复合成像方法，以实现加筋板结构中大范围缺陷检测和成像。实验结果表明，压缩感知技术可以恢复出金属加筋板中兰姆波的频率-波数关系，提出的兰姆波复合成像方法能够实现金属加筋板中单缺陷和多缺陷的检测及定位。研究工作为复杂板结构损伤检测提供了一种可行的技术方案。     

空气耦合超声金属/非金属粘结缺陷检测

为提高SRM粘结结构脱粘缺陷检测效率,实现大面积快速自动检测,基于漏兰姆波检测原理,提出使用空气耦合超声兰姆波检测技术,对钢/树脂/橡胶粘结结构进行检测研究。使用二维傅里叶变换识别粘结结构中兰姆波模态,从兰姆波波结构出发分析了不同模态兰姆波对于脱粘缺陷的敏感性;使用空气耦合检测系统对不同尺寸缺陷进行定量检测,最后使用概率损伤成像算法对缺陷进行成像。结果表明：兰姆波幅值随脱粘缺陷的尺寸增大而增大,不同兰姆波模态检测灵敏度不同,检测灵敏度高的模态其离面位移更大,使用800 kHz频率的S₀模态检测灵敏度高于A₀模态,兰姆波成像算法能够快速准确的对脱粘区域进行定位成像。空气耦合超声兰姆波技术能够快速有效地对SRM脱粘缺陷进行检测,提高了检测效率,为非接触超声的实际应用提供了有益探索。     

复合材料超声检测复合缺陷多层成像实验分析

传统的超声B扫描和C扫描检测,并不能完全地展现复合材料复合缺陷的全貌,具有一定的局限性。本文通过实验的方法,对人工预制缺陷试样进行了水浸超声C扫描成像检测。在超声C扫描底波幅值成像原理的基础上,通过一次扫描,获取不同层深位置的超声反射信号进行切片C扫描成像,利用不同层深位置的切片C扫描图像观察材料内部的缺陷。实验结果表明,利用超声A、B、C扫描成像与切片C扫描成像相结合的方法对复合材料中的复合缺陷进行多角度成像,能够对复合材料内部的复合缺陷进行全方位的清晰显示。     

管道焊缝超声P扫描成像检测技术

介绍采用便携式自动扫查系统的超声P扫描成像检测技术,通过三视投影成像对缺陷进行定性定量综合分析诊断.检测结果表明,采用P扫描成像方法可以准确判断焊缝中缺陷的位置、大小、分布、取向等特征.     

超声相控阵在飞机RTM复合材料结构中的应用

在役飞机RTM复合材料结构的缺陷检测是保障飞机安全的必要工作,本文介绍了飞机RTM复合材料结构,并采用超声相控阵方法对RTM试验件结构和冲击损伤进行了检测。试验结果表明:超声相控阵技术能够对RTM结构和缺陷进行有效检测。     

复合材料T-形R区超声反射法检测与缺陷判别

R区缺陷的检测是碳纤维复合材料结构中无损检测的焦点,针对此问题,以T-形R区为例,通过研究入射超声波在复合材料结构T-形R区产生回波信号及其特征,在典型超声检测试验验证分析基础上,提出了一种适用于复合材料结构T-形R区在线超声检测方法。系列超声检测与验证结果表明:采用水膜耦合超声检测技术,通过选择不同的声波入射方向,可有效地实现复合材料结构中T-形R区的覆盖检测;根据来自T-形R区的超声回波信号的时域特征可有效地进行缺陷的判别和确定检出缺陷所在铺层位置;表面检测盲区可达0.13mm(即单个复合材料铺层厚度)。解剖验证结果显示了超声检测结果与实际工艺缺陷的良好一致性。     

碳纤维复合材料雷击损伤的瞬态红外热成像检测

通过雷电模拟,对复合材料层合板试样进行雷击损伤试验。基于热扩散原理,针对不同的雷击试验件,采用波形为长脉冲形式的瞬态热激励方式对雷击损伤进行红外热成像检测,并对不同时刻的检测结果进行分析、比较,对缺陷轮廓进行界定,对结果进行定量测量。检测结果表明,无论是否对碳纤维复合材料表面进行防护,瞬态红外热成像方法均能够有效检测出雷击后的内部分层损伤,可对损伤的严重程度进行有效区分,能够对缺陷尺寸、面积进行准确测量。     

复合材料高分辨率RF超声检测技术及其应用

通过分析脉冲超声波在复合材料中传播形成的检测信号特征,采用高分辨率RF超声检测技术实现了纤维增强/树脂基复合材料高分辨率缺陷检测.结果表明,采用该技术纵向分辨率和表面检测盲区可达0.13mm左右,可得到复合材料中孔隙率含量的清晰分布,实现复合材料冲击损伤、分层等缺陷的扫描成像检测.     

C/GFRP层板冲击损伤红外脉冲雷达热波成像检测技术研究

本文采用落锤式冲击试验机对碳纤维/玻璃纤维混杂增强复合材料（C/GFRP）样块开展不同冲击能量下的撞击试验，进而制备了含有模拟低速冲击损伤检测试件，研制了红外脉冲雷达热波成像检测系统，并利用该系统对不同冲击能量损伤试件开展检测试验研究。采用多种特征提取算法（双路正交解调算法、互相关匹配滤波算法及主成分分析算法）对热辐射响应信号（热波信号）进行数据分析与特征提取，实现了C/GFRP试件冲击损伤脱粘区域的有效识别，得到了不同冲击能量与脉冲雷达热波特征的映射关系。针对C/GFRP平顶孔模拟脱黏缺陷开展红外脉冲雷达热波成像检测试验研究，验证了红外脉冲雷达热波成像检测技术的探测能力。试验结果表明，红外脉冲雷达热波成像检测技术可以实现对C/GFRP低速冲击损伤的有效检测。     

CFRP夹层结构超声特征成像检测

采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。     

激光超声技术在复合材料检测中的应用

激光超声检测技术采用脉冲激光照射的手段激励结构中的Lamb波,可以实现远距离、非接触式的Lamb波传播波场数据测量。针对复合材料在航空领域应用中所面临的安全和可靠性能评估问题,南京航空航天大学开展了基于激光超声技术的复合材料检测研究。采用信号处理方法提取了Lamb波传播特征参数,进行了复合材料的损伤成像、刚度参数识别和疲劳特性评估,取得了理论和试验验证上的进展,为航空领域的复合材料无损检测技术提供了新方法。     

A Lamb wave signal reconstruction method for high-resolution damage imaging

In Lamb wave-based Structural Health Monitoring(SHM), a high-enough spatial resolution is highly required for Lamb wave signals to ensure the resolution and accuracy of damage detection. However, besides the dispersion characteristic, the signal spatial resolution is also largely restricted by the space duration of excitation waveforms, i.e., the Initial Spatial Resolution(ISR)for the signals before travelling. To resolve the problem of inferior signal spatial resolution of Lamb waves, a Lamb Wave Signal Reconstruction(LWSR) method is presented and applied for highresolution damage imaging in this paper. In LWSR, not only a new linearly-dispersive signal is reconstructed from an original Lamb wave signal, but also the group velocity at the central frequency is sufficiently decreased. Then, both dispersion compensation and ISR improvement can be realized to achieve a satisfying signal spatial resolution. After the frequency domain sensing model and spatial resolution of Lamb wave signals are firstly analyzed, the basic idea and numerical realization of LWSR are discussed. Numerical simulations are also implemented to preliminarily validate LWSR. Subsequently, LWSR-based high-resolution damage imaging is developed. An experiment of adjacent multiple damage identification is finally conducted to demonstrate the efficiency of LWSR and LWSR-based imaging methods.     

阵列宽带Lamb波在结构损伤检测中的应用

阵列信号处理中的空间谱估计可以对信号源进行辨别和定位,于是通过采集在结构上布置的阵列传感器Lamb波信号用来检测损伤发生的位置。通常,大多数空间谱估计方法均以窄带信号为假定,在很多基于Lamb波的结构损伤检测中,为了减小频散特性的影响,大多数研究以Lamb波为窄带信号进行分析,但无限窄的激励信号是物理不可实现的。因此,其在多数情况下Lamb波信号并不符合窄带信号假定,更应被认为是一种宽带信号来进行处理。进而利用空间谱估计中宽带信号非相干子空间处理方法（Incoherent Signal Subspace Method,ISM）中阵列接收的宽带Lamb波信号进行处理,检测出结构发生单一损伤时的损伤位置。随后,当结构损伤与边界反射波有叠加时会引起损伤信号相干,采用宽带信号相干子空间方法（Coherent Signal Subspace Method,CSM）对损伤位置进行检测,得到了较好的结果。     

无参考主动Lamb波结构损伤时反成像监测方法

主动Lamb波损伤监测中的差信号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。针对该问题,提出了无参考信号的损伤成像定位和监测方法;研究了回波式压电阵列的布置方法,并设计采用时间反转窗函数,清除Lamb波监测信号中的直接传播信息和边界反射信号,以截取出内部散射信号;通过控制压电阵列布局、设置窗函数等技术条件,基于时间反转理论中对波源的自适应聚焦原理,直接利用当前状态下的传感信号实现对结构损伤的实时成像、定位与评估,不再需要健康信号作为参考。在玻璃纤维复合材料板上的实验结果表明,该方法能较为准确地实时监测出损伤的位置、范围等特征。     

基于Lamb波相控阵和图像增强方法的损伤监测

利用Lamb波和超声相控阵理论对结构进行损伤监测。选择合适的低频窄带激励信号,产生单一模式Lamb波,结合超声相控阵技术对结构进行多方位监测。针对原始损伤图像不完美的问题,研究基于点运算的对比度增强方法,改善图像质量,提高图像的可识别度和分辨率。在复合材料板结构和铝板结构中针对不同损伤类型的实验研究证明,运用图像增强技术后的损伤图像表征清晰、识别度高。     

航天器密封舱加筋壁板碎片撞击监测技术研究

航天器密封结构在轨长期运行期间会受到空间碎片撞击,使密封结构出现不同程度的损伤。如果这些损伤不能被及时检测出来并采取相应措施,可能会带来灾难性的后果。对碎片撞击进行监测可以为航天员采用正确修复方案提供依据。本文利用基于超声导波的结构健康监测技术感知空间碎片对航天器密封结构的撞击。首先,在 Abaqus 有限元仿真软件中,用不同速度的钢球冲击模拟真实的冲击形式。具体分析了超声导波在该壁板结构中的传播特性。用小波变换的方法进行信号处理,据此提取了合适的冲击监测所需的信号频率。其次,设计了一种基于信号互相关分析的冲击成像算法确定撞击位置。比较了不同压电传感器网络定位准确度以及监测效率,选择了一种可靠的组网形式进行监测。最后针对航天器壁板,在实验室环境中验证了该算法的有效性。实验结果表明,该监测系统具有良好的准确性与可靠性。     

主动Lamb波结构健康监测中信号增强与损伤成像方法

 主动Lamb波结构健康监测技术研究中,损伤散射信号的信噪比是正确稳定地监测出损伤的关键。针对真实工程结构,尤其是针对复合材料板结构健康监测时存在的信号信噪比低下问题,提出了基于时间反转聚焦原理的信号增强与损伤成像方法。根据Lamb波信号传播自身的特性,通过聚焦的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;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。在碳纤维复合材料板上的实验结果表明,该方法能有效提高有用信号的能量,较为准确地监测出损伤的位置、范围等特征。     

复合材料蜂窝夹芯构件胶接质量的超声检测

用超声透射法对复合材料蜂窝夹芯构件进行了检测试验,分析了在检测过程中板波传播的基本特点,并对检测部位进行了解剖验证。试验发现当粘合胶分布不均匀或产生脱胶现象时,会使透射的超声信号幅值降低,据此规律可对复合材料蜂窝构件的胶接质量进行无损检测。