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。     

基于脉冲交错的数字阵列雷达任务优化调度算法

针对数字阵列雷达搜索、跟踪和成像任务的资源调度问题,提出一种数字阵列雷达(DAR)任务的优化调度算法。该算法以脉冲交错技术为基础,在对目标搜索与跟踪的同时,利用基于压缩感知的稀疏孔径认知逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法对部分精密跟踪目标成像,并采用观测时间动态调整策略以提高雷达系统的自适应能力。仿真结果表明,与传统雷达资源调度算法相比,该算法可以将成像任务考虑到优化调度模型中并合理分配资源,实现雷达多任务并行的调度,获得更高的资源利用率与期望的成像质量。     

轴压载荷下复合材料薄壁加筋板后屈曲承载能力分析与试验验证

为了研究复合材料薄壁加筋板结构的后屈曲承载能力以及影响后屈曲的主要因素,应用Abaqus软件对三种构型下的薄壁加筋板进行了有限元分析,并与试验结果进行对比。结果表明,复合材料薄壁加筋板结构在轴向压缩载荷下具有较大的后屈曲承载能力,有限元分析与试验得出的试验件后屈曲载荷均为初始屈曲载荷的7倍左右,蒙皮的厚度及筋条间距对加筋板的后屈曲承载能力影响不大,加筋板的后屈曲承载能力主要取决于筋条的刚度。在飞机结构设计中,可以充分利用薄壁加筋板结构的后屈曲承载能力来提高结构使用效率。     

基于稀疏随机阵列配置的CS-MIMO雷达感知矩阵构造

压缩感知(CS)理论中的感知矩阵在观测数据获取和信号重建过程中起关键性作用。目前,大部分研究通过引入高斯随机矩阵作为测量矩阵实现压缩观测,这类测量矩阵对硬件要求很高,工程实现困难。提出了一种基于稀疏随机阵列配置的压缩感知-多输入多输出(CS-MIMO)雷达中的感知矩阵构造方法,当MIMO雷达阵元配置为满足某种概率分布的稀疏随机阵列时,发射与接收导引矢量的Kronecker积能够起到压缩测量的作用。从理论上分析了所构造的感知矩阵的归一化互相关系数、Gram矩阵以及阵列方向图之间的内在联系,并证明了当随机阵元位置满足均匀分布时所构造的感知矩阵满足压缩感知重构条件。在这种稀疏随机阵列配置方式下,既可以避免额外引入随机测量矩阵,又能减少所需的阵元个数,从而大大降低CS-MIMO雷达系统复杂度。仿真实验表明,该方法具有较低的感知矩阵归一化互相关系数,与满阵CS-MIMO雷达相比能够在减少阵元个数的同时获得良好的重构性能,且使重构所需运算量大大降低。     

碳纤维复合材料层板冲击损伤的空气耦合兰姆波成像检测

非接触式超声兰姆波方法能够对大面积复合材料板材进行快速检测,在自动成像检测上有着突出的优势。针对碳纤维/树脂基复合材料(CFRP)层压板采用空气耦合超声探头激励出A0模态兰姆波。在含冲击损伤的层板试样的同一侧激发和接收兰姆波进行扫描检测,针对冲击损伤区域以互相正交的两个方向进行兰姆波扫查,获得了不同位置的检测信号。对比在有无缺陷处板材中兰姆波传播信号的特征,对采集信号进行频域分析,以无缺陷处信号值为基准,利用信号差异系数(SDC)作为特征值,将扫查信号数据采用特征值全加和全乘的数据融合方法进行了缺陷形貌重构成像。成像结果能够良好的体现出冲击损伤的位置和两个方向的尺寸大小。     

分层缺陷对复合材料加筋层压板压缩强度的影响

针对飞机复合材料加筋层压板结构,设计了含有预埋分层缺陷的复合材料加筋层压板的典型试验件以及压缩试验装置,研究了分层缺陷位置和大小对加筋板压缩强度的影响。研究结果表明:分层缺陷会改变加筋板的破坏模式,浅表分层在压缩过程中表现为局部屈曲模态,局部屈曲强度只有其破坏强度的30%~60%,分层直径增加,局部屈曲强度降低。局部屈曲发生后,加筋板尚可进一步承载,直至层板失稳破坏。本文给出的数据和结论对实际飞机结构设计的参数确定和生产过程中的超差问题处理具有重要参考价值。     

基于压缩感知的频率和DOA联合估计算法

波达方向（DOA）估计是阵列信号处理的一个重要问题,针对信号的DOA估计问题,本文基于压缩感知理论,提出了一种新的频率和角度联合估计算法。首先利用方向波数的空间稀疏性,建立过完备稀疏字典,然后利用压缩采样阵列结构通过求解最优化问题得到方向波数的高分辨估计,最后利用最优空域滤波实现信号到达角度和频率的配对。相对于传统算法,该算法能够实现多信号DOA的高分辨估计,且经过压缩采样后降低了运算量,仿真验证了该算法的正确性与有效性。     

双基地角时变下的ISAR稀疏孔径自聚焦成像

针对双基地角时变下的逆合成孔径雷达（ISAR）成像分辨率低以及稀疏孔径存在相位误差引起图像散焦等问题,提出了一种基于贝叶斯压缩感知（BCS）的双基地ISAR稀疏孔径自聚焦高分辨成像算法。在平动补偿后回波数据的基础上,首先构造补偿相位将由双基地角时变引起的多普勒偏移补偿掉,然后构造随双基地角变化的稀疏基矩阵,建立基于压缩感知的双基地ISAR稀疏孔径观测模型,并将相位误差作为ISAR成像的模型误差,接着假设目标图像各像元服从Laplace先验、噪声统计特性服从Gaussian分布,利用贝叶斯推理进行"分布式"迭代求解,在高分辨成像的同时实现了相位自聚焦,仿真结果验证了算法的有效性和优越性。     

一种孔径和频率二维稀疏的步进频SAR成像方法

 步进频率信号(SFWs)在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下能够获得高的距离向分辨率的同时,也存在着抗干扰能力较差及其等效重复频率较低的问题,并且在方位向积累时间内由于雷达载机工作状态的变化,会导致方位向的数据录取不完整。针对上述问题,提出一种孔径和频率二维稀疏的步进频合成孔径雷达(SAR)成像方法。首先,分析了稀疏步进频率信号(SSFWs)的SAR成像模型,然后基于压缩感知理论完成距离向成像处理。其次,针对稀疏孔径的回波数据,通过构造成像算子和压缩感知重建模型的方法实现其距离徙动校正和方位压缩处理,进而获得二维成像结果。相比于传统的步进频率信号SAR成像,利用所提方法能够在少量的频率资源和雷达回波数据情况下实现准确的SAR成像。最后,通过对仿真和实测的步进频率雷达数据进行成像处理,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于实波束扫描的相控阵雷达前视成像

实现机载或弹载雷达正前方目标区域高分辨力成像对提高着陆安全性或制导精度有着重要的意义,基于相控阵雷达(PAR)工作原理,建立前视扫描过程中的回波信号模型,对目前广泛研究的解卷积前视成像方法进行了深入分析,指出其未能有效提高方位分辨力的原因,并在此基础上提出了一种基于压缩感知理论的扫描雷达前视成像方法。该方法通过对大时宽带宽积信号的脉冲压缩获得径向高分辨,并基于场景中的强散射中心分布具有稀疏性(可压缩)这一事实,利用压缩感知最优化方法获得高的方位分辨力,仿真结果证明了所提方法的有效性,分析了基于压缩感知前视成像方法的性能。该方法同样适用于机械扫描雷达的前视成像。     

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。     

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.     

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。     

基于二维线阵和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法

复合材料在航空结构中的应用越来越广,但其遭受外界物体冲击后很容易在内部产生表面不可见损伤,所以对复合材料结构的冲击事件进行在线监测十分必要。基于压电传感器（PTZ）和Lamb波的冲击定位方法是目前的研究热点,但是Lamb波信号在复合材料结构中传播的各向异性给冲击定位带来了困难。本文将空间滤波器算法推广到复合材料结构的冲击监测应用中,研究了与波速无关的空间滤波器冲击定位原理,提出了基于二维线性压电传感器阵列和空间滤波器的结构冲击无波速定位方法。该方法首先采用Shannon连续复数小波变换提取并构建宽带冲击响应信号中的窄带Lamb波解析信号;然后利用波速无关的空间滤波器算法计算出结构冲击相对于各条线性压电传感器阵列的角度;最后使用冲击无波速定位公式计算出结构冲击的位置坐标。在碳纤维层合板上对该方法进行了实验验证。验证结果表明：该方法可以实现对复合材料结构的冲击进行不依赖信号传播速度的定位,定位误差小于1 cm。     

层状固体结构表面性质的非线性兰姆波定征方法

提出用非线性兰姆波方法定征层状固体结构的表面性质,分析了层状固体结构表面性质变化对兰姆波二次谐波发生效应产生的影响。基于Ritec-SNAP系统建立了非线性兰姆波实验系统,当表面的覆层面积和覆层厚度发生变化时,在兰姆波具有强烈非线性效应的条件下,测量了兰姆波的基波及二次谐波的幅频曲线,结果显示表面性质的微小变化将显著地影响到兰姆波的二次谐波发生效率。借鉴声-超声技术中的应力波因子方法,定义了兰姆波应力波因子,实验结果表明,利用兰姆波二次谐波的应力波因子可对层状固体结构表面性质的变化情况进行准确定征。     

Guided wave propagation analysis in stiffened panel using time-domain spectral finite element method

Stiffened panels have been widely utilized in fuselages and wings as critical load-bearing components. These structures are prone to be damaged under long-term and extreme loads, and their health monitoring has been a common concern. The guided wave-based monitoring method is regarded as an efficient approach to detect the damage in stiffened plates because of its wide monitoring range and high sensitivity to micro-damage. Efficient simulation of wave propagation can theoretically demonstrate the detection mechanism of the method. In this study, a Time-Domain Spectral Finite Element Method (TD-SFEM) is adopted to study the wavefield in stiffened plates, where continuous Absorbing Layers with Increasing Damping (ALID) strategy is proposed to circumvent the disturbance of reflected waves on boundaries. After the convergence analysis, the developed TD-SFEM with ALID is validated by the finite element method first. Then, wave scattering and the influence of the stiffener are investigated in detail by comparing the results with the non-stiffened structure. Finally, the effects of the parameters of the stiffener, such as the height and width, on wave propagation are studied, respectively. The results illustrate that the proposed TD-SFEM with ALID is an efficient approach to study the wave propagation in the stiffened plate and can reveal the mechanism of influence of the stiffener. It is found that the height of the stiffener changes the interference of wavefield in the plate, while the effects of the width are mainly in wave scattering and mode conversion.     

基于二维资源管理的多功能雷达任务调度算法

动态孔径分割技术为相控阵雷达针对不同任务灵活分配孔径资源提供了可能,而传统的资源调度方法仅基于单一孔径条件研究了时间资源的优化分配问题。针对雷达搜索、跟踪与成像任务的自适应调度问题,提出了一种基于时间-孔径二维资源管理的雷达资源调度算法。该算法建立了雷达孔径分割条件下的二维资源调度模型,确立了能量资源约束条件;利用基于压缩感知的稀疏孔径逆合成孔径雷达（ISAR）成像技术,使雷达在完成目标搜索和跟踪任务的同时实现对目标的成像;定义了调度算法性能的评价指标。在仿真实验中将该算法与另外2种算法进行对比,验证了所提算法在高度成功率、二维资源利用率与任务并行度这3种性能指标上具有优越性。     

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。     

超声导波在大型薄铝板缺陷检测中的应用

 为了提高大型薄板超声检测的速度,研究了超声导波及其在大型薄铝板缺陷检测中的应用。推导了超声导波在大型薄铝板中传播的理论模型,分析了导波的波结构,设计并实践了导波检测薄铝板缺陷的方法。试验结果表明,若选取S0导波模式对1 mm薄铝板进行线扫描检测,在有缺陷的地方会出现明显的回波信号。根据缺陷回波与板端回波的传播时间差,可计算出缺陷的位置。缺陷越大,缺陷回波信号幅值越大。选择对缺陷灵敏度高的导波模式,导波法线扫描检测方式可以有效缩短检测时间,提高检测效率。