主动Lamb波损伤成像监测中的波包重建方法

主动Lamb波损伤成像监测技术是结构健康监测研究的热点之一.受到Lamb波频散及多模特性的限制,窄带信号成为主动Lamb波健康监测技术中最常用的激励信号.而窄带激励下的结构响应信号容易发生波包混叠现象,影响监测信号质量;且较宽的波包脉宽降低了损伤成像的分辨率.针对这些问题,在分析Lamb波传播基本原理基础上,研究提出波包重建方法,首先提取响应信号的传递函数,再采用窄脉宽波包重建响应信号,以提高监测信号质量以及损伤成像的分辨率和精度.在环氧玻璃纤维板上的实验结果表明,该方法可有效消除监测信号中的波包混叠现象,提高主动Lamb波损伤成像的准确性.     

基于稀疏重构的蜂窝夹层复合材料板中Lamb波传播特性估计方法

针对航天器装备中蜂窝夹层复合材料板中的超声Lamb波传播特性难以准确估计的问题,提出基于导波信号稀疏表达与重构方法的传播特性曲线估计方法。首先,根据Lamb波传播的散射模型建立Lamb波在频率?波数域下的稀疏表达方程;然后,以Lamb波频率?波数域表达的稀疏性为约束条件,建立基于l₁范数的基追踪消噪求解方法;最后,通过提取重构的导波频率?波数域表达结果脊线,可准确获取Lamb波传播的频散速度曲线。在蜂窝夹层复合材料机翼结构上进行测试实验验证的结果表明,该方法能在有限次数的测试下保证传播特性曲线的估计精度,具有较好的工程应用前景。     

航天器蜂窝夹层结构脱粘损伤的导波检测与成像方法

针对蜂窝夹层复合材料航天器结构双侧的脱粘损伤辨识与成像问题,文章提出了单侧激励下的夹层结构超声导波信号溯源解析和脱粘损伤成像算法。经过有限元仿真和试验验证,结果表明:单侧激励下导波的传播机制受波长与厚度比影响显著。随着导波波长的减小,面板中的导波测试信号中将出现由结构内部反射产生的尾波成分,直达波和尾波的信号特征差异可为辨识脱粘损伤内部位置提供依据。在此基础上,通过超声阵列传感器,基于多传感信息融合方法,可准确实现双侧损伤的溯源与成像,研究结果可为航天器蜂窝夹层结构的智能传感方法和健康监测方案设计提供参考。     

基于时间反转理论的复合材料螺钉连接失效监测研究

随着复合材料在航空航天飞行器中越来越广泛的应用,对复合材料结构安全性和可靠性的研究也越来越重要。介绍了时间反转方法的原理和自聚焦特点;针对Lamb波理论监测复合材料结构连接部螺钉连接失效中存在的问题,研究了基于时间反转理论的复合材料螺钉连接失效监测方法原理和实现技术,以提高监测信号信噪比、优化系统稳定性;通过在真实碳纤维复合材料机翼盒段试件上的地面实验,给出了实验验证,证明了该方法的有效性和实用性。     

近红外激光薄膜的损伤特性与抗损伤性能提升研究

在充分理解纳秒脉冲激光作用下近红外激光薄膜的损伤机制的基础上,分别针对反射元件和透射元件的损伤特点,探讨了两种元件的激光损伤规律,提出了有效提升近红外激光薄膜抗激光损伤性能的方法。结果表明:对于反射元件,采用优化后的膜系结构可以大大降低薄膜中由节瘤缺陷引起的电场增强效应,大幅提升损伤阈值2~3倍;对于透射元件,采用合理的刻蚀工艺可有效降低薄膜中的吸收缺陷,有效提升其损伤阈值约1.5倍。     

薄铝板的蓝姆波检测试验

蓝姆波(Lamb波)法是超声波检查金属薄板内部质量的一个重要方法。金属薄板是经过轧制成型的,经常出现夹杂、分层等缺陷。以2.8mm厚的薄铝板为例,简要的介绍了蓝姆波的产生原理,并通过试验,得出了最佳的模式性能指标,为编制探伤规范和实际检测提供了依据。     

固体火箭发动机壳体/绝热层界面缺陷的声-超声检测

为了对固体火箭发动机钢壳体/绝热层界面缺陷进行有效检测,基于HSD4超声波发射/接收卡,构建了声-超声实验系统.对具有圆底孔和脱粘缺陷的钢壳体/绝热层试件进行了检测,检测信号分别采用了权振铃应力波因子方法和驻波共振模型进行分析.实验实现了对缺陷的有效检出,并可对圆底孔缺陷大小作定性评估和脱粘缺陷的定位.实验结果表明,声-超声实验系统对界面缺陷的检测是有效的.     

基于空气耦合超声兰姆波技术的固体火箭发动机脱粘检测研究

为提高粘接结构超声无损检测效率,实现SRM粘接结构非接触快速质量检测,采用空耦超声兰姆波技术进行研究。使用同侧兰姆波对粘接结构中兰姆波传播过程进行模拟,结合仿真和实验分析了不同脱粘缺陷尺寸对信号幅值影响以及不同模态兰姆波对缺陷的灵敏度,并使用异侧兰姆波法对不同尺寸缺陷进行检测;使用正交方向线扫查信号采集方式得到脱粘区域幅值曲线,并使用6 d B法进行缺陷定量;使用同侧兰姆波概率损伤算法和异侧兰姆波自动扫查技术对脱粘缺陷进行定位成像,并使用C扫描对结果进行验证。结果表明:使用同侧兰姆波幅值随缺陷尺寸增大而增大,仿真与实验结果基本一致,检测灵敏度高的兰姆波模态离面位移分量大,而使用异侧兰姆波时缺陷会导致信号能量急剧衰减;使用6d B法当缺陷尺寸较大时误差较小,而当缺陷尺寸较小时误差较大,总体上幅值趋势曲线能够表征缺陷区域;概率成像和异侧兰姆波扫查技术能够快速、有效地对缺陷进行定位,缺陷轮廓清晰,对比C扫描成像提高了成像质量。所研究内容为空耦超声实际检测提供良好基础。     

基于超声相控阵的材料结构健康监测实验研究

研究利用超声相控阵技术进行结构损伤识别和成像的实验方法,通过控制信号的时间延迟而控制波束指向,实现对结构的多方位扫描,利用相控阵技术使信号在损伤处聚焦而使损伤信号能量增强,从而提高信号的信噪比,利用损伤图象显示损伤识别结果。实验研究证明该方法能够有效识别结构中损伤,识别精度较高。     

小波包-神经网络在桥梁损伤定位检测中的应用

将小波包变换和人工神经网络相结合,用于模型桥不同位置的损伤智能定位检测。首先对不同位置损伤振动信号进行3层小波包分解,并计算信号在各频段所占的能量率,以此作为训练样本对拓扑结构不同的人工神经网络进行学习训练,然后利用训练好的网络对不同损伤位置进行定位识别。方法可以有效地区分各种损伤位置,为结构损伤智能检测与评估提供技术积累。MATLAB数值仿真结果进一步验证了方法的可行性和有效性。     

采用伪速度冲击响应谱评估蜂窝夹层板破坏边界

采用伪速度冲击响应谱(PVSRS)对航天器蜂窝夹层结构进行了冲击破坏边界评估。目前航天领域常用的冲击响应谱(SRS)是绝对加速度谱(AASRS)，相较于绝对加速度谱，伪速度谱能更清楚地显示出结构在低频、中频和高频段不同的冲击响应特征。分析了弹性力和惯性力在低频、中频和高频段对结构安全性的影响，据此在对数四坐标伪速度谱上给出了相应的结构破坏边界。以一典型蜂窝夹层结构为研究对象，通过有限元分析计算得到的结构破坏边界与伪速度谱给出的结构破坏边界符合得较好。在航天器结构冲击安全性研究领域，本文采用的伪速度谱结构冲击破坏边界是对目前常用的加速度谱方法的一个有益补充。     

固体火箭发动机喷管粘接界面的超声检测

介绍了超声纵波多次反射法在固体火箭发动机喷管金属与非金属复合构件粘接界面无损检测中的应用原理，设计制做了对比试块用来考查方法的探伤灵敏度，并对实际样品进行了检测，证明该方法适用于现场检测和阵地探伤。     

火箭发动机胶接质量检测的兰姆波能量分布研究

用兰姆波可对固体火箭发动机进行胶接质量的检测,但需要对其模式进行选择。通过研究兰姆波在固体发动机钢壳体内纵波与横波成分的能量分布情况,从理论上分析和预测了不同模式对检测特定界面缺陷的能力和灵敏度,并通过S0和S1两种检测模式的试验研究,验证了理论分析的正确性。结果表明,可根据兰姆波的能量分布变化特性和实际检测要求,选择最合适的模式进行检测,从而达到提高界面缺陷检测灵敏度的目的。     

基于LSTM-ResNet模型的时变结构损伤检测

面向火箭结构健康监测，提出了一种基于深度学习的损伤检测方法，直接将多个通道的振动数据作为输入，并基于由长短时记忆网络LSTM（Long Short-Term Memory Networks）和残差卷积神经网络ResNet（Residual Convolutional Neural Networks）组合而成的LSTM-ResNet网络进行损伤识别。其优点在于，首先利用LSTM提取信号的时间依赖特征，减轻了由某些通道信号缺失带来的影响，再利用ResNet在不损耗特征的情况下进一步提取空间特征，提高了训练效率和损伤辨识准确性。通过充液圆筒振动放水实验模拟火箭飞行状态下的燃料消耗，并基于自主构建的数据集和公用数据集对LSTM-ResNet、LSTM、ResNet以及ResNet-LSTM网络进行了训练，训练结果表明，LSTM-ResNet组合网络无论在传感器是否存在故障的情况下都具有更好的性能，损伤检测精度更高。     

Structural damage detection from transient responses using square-root unscented filtering

Health monitoring of large structures is inherently difficult due to the relatively small number of available sensors/measurements that can be made within budgetary constraints. To accurately detect the presence of damage in a structure requires a reliable model, or at least a good representation of the structure prior to damage. Approaches to detecting and localizing damage are predominantly based on either frequency changes or transient responses. Transient or closed-loop responses are available more readily during operation and appear to be more suitable for online damage detection than approaches based on frequency changes. In order to detect damage in a large structure, the structural characteristics such as mass matrices and stiffness matrices need to be estimated. This paper utilizes an implementation of the unscented Kalman filter in square-root form to estimate changes to the system mass/stiffness. The damage detection problem is solved online by updating the structural parameter estimates using a limited amount of measurement data. Example results are presented for spring–mass, beam and truss structures where the only measurements are accelerometer data from a limited number of nodes. The numerical results show that the approach is capable of detecting changes in the structure from the outputs online.     

固体发动机界面结构试件脱粘健康监测研究

以复合材料壳体和绝热层脱粘模型试件为对象,利用粘贴于壳体外表面的压电主动激励传感器,基于高频机电阻抗方法,对模拟药柱/绝热层界面脱粘的结构健康状态监测进行了数值仿真和实验研究,得出了不同脱粘损伤工况下的导纳频谱曲线,计算了能表征脱粘程度的平均绝对偏差损伤指标。结果表明,高频机电阻抗方法可利用粘贴于壳体外表面的压电传感器有效地识别内部结构的界面脱粘,相比于传统检测方法,能实现实时的结构健康监测,损伤指标能量化表征脱粘程度,实验采用的两种压电传感器中,MFC传感器较PZT传感器更适合于曲面固体发动机壳体脱粘检测,为开展实际工况下的固体发动机药柱结构界面脱粘损伤监检测工作提供理论与技术支撑。     

平行光管反射镜的支承结构

文章叙述大口径、长焦距平行光管系统的大型反射镜 (包含主镜、标准平面镜和球面镜 )的支承方式与结构的有关问题 ,分析了引起反射镜变形的原因 ,说明了结构设计时应采取的技术措施 ,介绍了 3种在实际应用中比较成功的典型结构方案和卸载机构。     

陆海交界区与运动目标复合散射的矩量法研究

为了满足陆海交界区域上方雷达目标检测、识别和分类等的需要，对陆海交界区域表面与上方运动目标复合散射特性进行了研究。采用Monte Carlo方法结合皮尔森-莫斯科维茨(pierson-moskowitz，PM)海谱、Texel-Marsen-Arlose(TMA)海谱与指数功率谱分别生成深水海域海面、有限深海域海面和海岸地貌表面，参照国际无线电咨询委员会推荐的介质反射系数图表模拟海水与海岸的介电常数，运用矩量法计算了陆海交界区域表面与其上方运动圆形截面柱的复合散射系数，得出了复合散射系数的角分布曲线，分析了圆形截面柱分别在深水海域海面、有限深海域海面与海岸地貌表面横向平移、纵向平移对复合散射系数的影响，同时还分析了圆形截面柱分别移动至海岸地貌表面、有限深海域海面、深水海域海面对复合散射系数的影响。数值计算结果表明，复合散射系数随散射角振荡的变化，圆形截面柱在海岸地貌表面与深水海域海面上方的纵向平移对复合散射系数影响较为显著，而圆形截面柱在有限深海域海面上方的移动对复合散射系数的影响比较复杂，且当圆形截面柱沿陆海交界区域表面移动时，复合散射系数会受到较大的影响。     

不完备轨道信息下的LEO轨道面内机动检测方法

针对某些因轨道信息不完整而无法直接外推的LEO轨道飞行器的机动检测问题,提出了一种基于轨道摄动影响的面内机动检测方法。该方法将半长轴和偏心率作为检测量,通过分析大气阻力摄动和J 2 项摄动对 LEO 飞行器轨道的影响,从而确定目标飞行器的轨道参数允许边界值,再通过和实际轨道参数进行比较来判定被检测数据点参数是否超出正常范围。最后,采用这种方法对X\|37B飞行器轨道数据进行了仿真验证,共检测出10个机动点,结果表明该方法可以较为准确地利用有限轨道信息检测目标的轨道机动情况。