基于Lamb波和匹配追踪方法的结构损伤定位

提出一种基于Lamb波和字典库为Chirplet原子的匹配追踪方法的板结构损伤定位方法.首先针对Lamb 波监测的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,将信号分解为多个Chirplet原子的线性组合;然后建立了Lamb的弥散效应与Chirplet原子的调频斜率之间的关系,表明Chirplet原子能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号,并能识别Lamb波的模态;根据损伤前与损伤后的信号差,提出了一种可以分辨多损伤散射信号的损伤定位方法.最后通过数值仿真、各向同性板结构实验和蜂窝夹层复合材料结构实验,验证了该方法的可行性和有效性.     

基于Lamb波与时频分析的复合材料结构损伤监测和识别

采用将Lamb波和时频分析相结合的方法,对碳纤维增强复合材料层板结构进行在线的连续监测。首先研究Lamb波在复合材料层板结构中的传播问题,利用Mindlin板理论建立了低阶反对称Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角变化的频散关系;然后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,测量出Lamb波在结构中实际传播的飞行时间和群速度,并与理论结果相比较;在此基础上结合理论与实际量测信息,考虑各向异性对Lamb波速度的影响,使用遗传算法确定损伤位置,并估算损伤尺寸。实验研究表明了本文方法的可应用性和有效性。     

基于线性频散信号构建的复杂航空结构Lamb波高分辨率损伤成像

在对复杂航空结构的Lamb波损伤成像中,Lamb波频散容易使信号波包发生扩展和变形,从而降低信号的分辨率,并最终影响损伤监测结果,因此Lamb波频散补偿已成为急需解决的一个重要问题。目前常用的频散补偿方法需要理论计算Lamb波频散曲线,难以适用于复杂航空结构。本文利用现场直接测得的相对波数曲线进行线性频散信号构建(Linearly-dispersive signal construction,LDSC)的频散补偿处理,解决了航空复杂结构中Lamb波频散难以补偿的问题。然后,将LDSC用于延迟叠加损伤成像中,以实现高分辨率损伤成像。为了降低多反射的复杂航空结构形式对成像结果的影响,引入了1.5波峰正弦调制的准宽带Lamb波激励波形。最后通过在真实复杂的某型飞机大梁结构上的实验证明了所提方法的有效性。     

复合材料结构健康主动监测中激励信号的优化

利用L am b波频散方程及其数值求解得到的频散曲线,对L am b波模式及激励信号中心频率范围进行预测。建立了试验测试系统,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动器和传感器,激励并接收结构中激发的L am b波信号。对具有不同函数形式、中心频率和波峰数的信号激励,结构中传播的L am b波模式进行试验研究,为激励信号的选择与优化提供依据。利用H ilbert-Huang变换及H ilbert谱提取传感器信号特征,提出了L am b波信号在结构中传播时的能量衰减率和损伤敏感度两个考察指标,并据此对激励信号进行优化。实验结果表明,优化后的激励信号在结构中能激发出单一模式的L am b波(S0模式),有效地抑制了多模式现象的出现。同时,激发出的L am b波具有最低的能量衰减和最高的损伤灵敏度,响应信号特征明显,便于损伤识别。     

飞行器板结构中Lamb波解析建模研究

通过理论分析,计算得到特定条件下的板结构中Lamb波的解析解和理论波形,从而为机遇Lamb波的飞行器结构健康监测工作提供坚实的基础.基于对金属板结构的空间-波数域弹性力学分析和压电材料传感器的力电耦合场分析,得到了金属板中Lamb波传播的一般解析解.基于此解析解,可以得到Lamb波传播的理论波形建模结果.为了验证这一解析建模结果,进行了金属板结构中的Lamb波传播实验,通过对比实验结果与建模结果,证明了这一解析建模结果的准确性.     

模拟Lamb波在板结构中传播的新型谱板单元

为了进一步提高时域谱有限元法模拟Lamb波在板结构中传播的计算效率,建立了一种能够模拟Lamb波三维传播特性的二维时域谱有限板单元。首次采用了具有Lebesgue最优性质的节点分布形式和扩展位移场,每个节点有6个自由度。形成单元集中质量矩阵时采用一种简单的方法,得到的结果与将一致质量矩阵行相加后的结果相同。研究结果表明,新单元的性能与常用的两种性能优异的时域谱有限元相当;而且由于其质量矩阵的积分计算量少、稳定积分的临界时间步长大,并且能够模拟Lamb波在板结构中传播的三维特性,所以计算效率得到了明显的提高。     

复合材料层合梁中波的反射与透射特性

基于Timoshenko梁理论,研究了复合材料层合梁中Lamb波的弥散特性。推导了复合材料层合变截面梁在截面变化处以及含半无限大脱层的复合材料层合梁在脱层尖端处反射与透射特性的解析解,从而揭示了复合材料层合梁内Lamb波各模态相互耦合以及相互转化的特性。根据时间反转理论,提出了变截面梁和含脱层梁两种模型反射与透射矩阵之间存在Stokes关系。通过算例模拟结构中波的传播特性,并与文献中的数值方法进行比较,验证了所得理论解的正确性。     

基于加权PCR证据融合的多传感器Lamb波损伤成像

为提高基于Lamb波损伤定位成像的对比度和可靠性,提出了一种基于证据理论多传感器信息融合的损伤成像方法。基于连续小波变换,确定了传感路径的时间延迟,进而采用椭圆定位法进行损伤成像。以信号时频带能量变化率为指标,确定了传感路径的权重值,提出了一种基于加权比例冲突再分配(Proportional conflict redistribution,PCR)证据融合算法,并以此对多组传感路径的定位成像进行融合。试验结果表明,该方法具有较好的成像对比度,且能降低因部分传感路径时间延迟判断失误对成像结果造成的影响。     

环境激励条件建筑结构的试验建模研究

通过环境激励模态识别技术对一座中高层新结构大楼环境激励试验建模研究。首先介绍了试验模型设计 ,并在现场测量整栋大楼在环境激励下的振动响应。然后采用新发展的频率空间域方法 ( FSDD)进行模态识别 ,分别在 0～ 4.5 Hz和 0～ 6.5 Hz频率范围识别出 9阶弯曲和扭转模态频率和振型。采用频率空间域方法识别了结构的阻尼特性 ,并得到满意的结果。所得试验模型已成功应用于 CFT大楼的有限元动态模型修正。所研发的试验建模技术可望在结构响应预报 ,健康监测和振动控制中发挥重要作用     

具有参数激励约简的扰动KdV方程的混沌行为

研究了具有参数激励约简的扰动KdV方程的混沌动力学行为.利用改进的Melnikov方法分析了由于同宿轨道的横截相交而产生的混沌行为.对周期外激励、周期线性参数激励和周期非线性参数激励下的扰动KdV方程的混沌行为进行了比较,发现划分混沌区与非混沌区的临界曲线是互不相同的.尤其是对非线性参数激励系统,存在"死频率".当这类系统受到该频率激励时,不论激励的振幅多大,混沌也不会发生.用时间积分法对上述系统进行了数值计算,结果与理论分析一致.     

薄板声——超声检测信号的时频分析研究

本文以兰姆波的群速度-频厚积频散曲线为基础,采用基于短时傅立叶变换的时-频分析方法,对薄板中传播的声-超声信号进行了处理分析。对厚度为2 mm薄钢板的声-超声检测实验结果证实,在声-超声检测形式下激发的超声波的主要成分是多模式的兰姆波。与现有文献中介绍的基于时间域识别的薄板声-超声信号分析方法相比,时-频分析方法不仅可以很好地识别兰姆波模式,而且可对各模式波的能量成分进行分析。     

Quantitative Rectangular Notch Detection of Laser-induced Lamb Waves in Aluminium Plates with Wavenumber Analysis

It is difficult to quantitatively detect defects by using the time domain or frequency domain features of Lamb wave signals due to their dispersion and multimodal characteristics.Therefore,it is important to discover an intrinsical parameter of Lamb waves that could be used as a damage sensitive feature.In this paper,quantitative defect detection in aluminium plates is carried out by means of wavenumber analysis approach.The wavenumber of excited Lamb wave mode is a fixed value,given a frequency,a thickness and material properties of the target plate.When Lamb waves propagate to the structural discontinuity,new wavenumber components are created by abrupt wavefield change.The new wavenumber components can be identified in the frequency-wavenumber domain.To estimate spatially dependent wavenumber values,a short-space two-dimensional Fourier transform(FT)method is presented for processing wavefield data of Lamb waves.The results can be used to determine the location,size and depth of rectangular notch.The analysis techniques are demonstrated using simulation examples of an aluminium plate with a rectangular notch.Then,the wavenumber analysis method is applied to simulation data that are obtained through a range of notch depths and widths.The results are analyzed and rules of the technique with regards to estimating notch depth are determined.Based on simulation results,guidelines for using the technique are developed.Finally,experimental wavefield data are obtained in aluminium plates with rectangular notches by a full noncontact transceiving method,i.e.,laser-laser method.Band-pass filtering combined with continuous wavelet transform is used to extract a certain frequency component from the full laser-induced wavefield with wide band.Shortspace two-dimensional FT method is used for further processing full wavefield data at a certain frequency to estimate spatially dependent wavenumber values.The consistency of simulation and experimental results shows the effectiveness of proposed wavenumber method for quantitative rectangular notch detection.     

温度变化下基于兰姆波的复合材料结构损伤识别(英文)

提出了一种基于兰姆波的两步识别方法,对温度变化下复合材料结构内部损伤进行监测和识别。首先采用统计偏值分析方法来判别传感器网络监测到的兰姆波信号变化是由损伤引起还是由温度变化引起,从而确定损伤是否发生。在对兰姆波进行傅里叶变换后,从统计角度定义损伤指标以考虑温度变化的影响,并采用蒙特卡罗方法计算无损状态下损伤指标的阈值。如果在运行状态下获得的损伤指标超过了阈值,则认为损伤发生。然后采用损伤存在概率成像方法融合多个激励-接收路径上的损伤指标信息生成诊断图像实现损伤位置识别。对温度变化下的加筋复合材料壁板试件进行的实验研究表明了所提出方法的有效性。     

开关磁阻发电机主电路的一种新拓扑

针对开关磁阻发电机在低压系统中输出功率较低的问题，本文根据开关磁阻发电机的运动原理，对传统主电路加以改进，提出一种新型主电路拓扑结构。从新型主电路拓扑结构中可以看出：在励磁阶段，定子径向相对齿极上相绕组的线圈为并联关系；在发电（续流）阶段，定子径向相对齿极上相绕组的线圈为串联关系，这样就达到了强化励磁提高输出功率的目的。为验证理论的正确性，分别用传统主电路拓扑结构和新型主电路拓扑结构对8／8结构开关磁阻发电机样机进行了实验。理论分析和实验结果表明：在相同工作条件下，其最大效率可提高60％，可见该新型主电路在低压系统中作发电运行时，能获得较为满意的效果。     

Operational Mode Identification Based on Sliding Time Window Method and Eigensystem Realization Algorithm

The identification result of operational mode is eurychoric while operational mode identification is investigated under ambient excitation,which is influenced by the signal size and the time interval. The operational mode identification method,which is based on the sliding time window method and the eigensystem realization algorithm(ERA),is investigated to improve the identification accuracy and stability. Firstly,the theory of the ERA method is introduced. Secondly,the strategy for decomposition and implementation is put forward,including the sliding time window method and the filtration method of modes. At last,an example is studied,where the model of a cantilever beam is built and the white noise exciting is input. Results show that the operational mode identification method can realize the modes,and has high robustness to the signal to noise ratio and signal size.     

双向电脉冲激励压电超声换能器实验研究

本文对双向电脉冲激励压电陶瓷超声换能器进行实验研究。对两种类型的换能器进行了实验,进而利用迭加原理对换能器所产生的脉冲超声波波形进行了讨论。结果证明,双向电脉冲是激励压电超声换能器比较理想的电脉冲波形,可以得到幅值大、脉冲持续时间短的超声波,有广泛的应用前景。     

飞机座舱结构声的弹性波主动控制研究

研究通过控制飞机座舱结构振动的弹性波的传播来减少由振动产生的辐射噪声的方法。制作了飞机座舱原理性模型，分析了外界气动力作用下弹性振动传播的主要路径，确定了压电元件的布置方案。利用弹性波控制的基本思想，采用IIR自适应滤波嚣识别被控通道的特性，实现对座舱结构振动的前馈控制，以抑制其辐射噪声．进行了不同单频激励下的振动和噪声控制试验，并测量了控制前后的振动和噪声。结果表明，控制后振动和噪声衰战了10dB以上。