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。     

全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测及声发射监测技术研究

本文介绍了在全尺寸飞机疲劳试验过程中的无损检测和声发射监测的技术细节,说明了如何根据监测目标任务要求,确定传感器位置和安装方案、进行声传播通道性能测试、材料声发射(AE)性能研究和考证整个检测系统工作的平稳性。讨论了如何合理设置数据采集系统的参数,研究了背景噪声的变化规律,并特别研究了同疲劳裂纹形成和扩展有关的声发射信号的特征及如何从强背景噪声环境中获得有用AE信号。论文以中央翼-外翼连接区域和起落架上枢轴接头等关键部位为例,说明实施监测的方法。由于疲劳试验特别强调监测结果的实时性和及时性,在声发射信号处理方面,作者利用趋势分析,基于时间、空间的滤波和基于幅度和能量分布等多种信号处理方式,以及多参数综合识别技术对一些关键部位的状态进行了声发射连续跟踪监测,为保证全尺寸飞机机体部件疲劳试验的顺利进行起到了重要作用。     

声发射检验技术进展

本文简要介绍了声发射技术的发展史，并从声发射技术的原理、波形分析法、参数分析法、声源定位技术和声发射仪器几个方面进行了综述，主要讨论了最新的波形分析技术和检测仪器的构成。最后指出了声发射检测的发展方向是声发射信号的模拟识别及人工神经网络模式识别分析。     

基于EE MD气液两相流差压信号时频分析

为研究气液两相流流动过程的动态特性,采用V形内锥作为测量装置,通过高频差压变送器获得不同流型下的动态信号,提出了一种基于总体平均经验模式分解(EEMD)的气液两相流时频分析方法。通过对不同流型下的气液两相流的差压信号进行分析,研究了气液两相流的流动机理,为气液两相流流型及流量的准确测量奠定理论基础。分析发现EEMD的抗混分解能力很好,可以准确地提取两相流差压信号的频率成分及其时变情况,为今后两相流的识别提供理论基础,具有较高的工程应用价值。     

基于声发射技术的搅拌摩擦焊接工具磨损监测

为在线监测搅拌摩擦焊接过程工具磨损状态,本文基于虚拟仪器技术设计了一套声发射在线监测系统,结合声发射传感器、数据采集卡及信号调理器实现了对搅拌摩擦焊接加工过程中声发射信号的采集。实验中采用带有螺纹的搅拌针工具来焊接7075铝合金,并利用自主开发的在线监测系统采集焊接过程中的声发射信号。然后对采集到的声发射信号进行小波包分解处理,计算分解后各频段能量所占百分比,并提取能量分布规律作为信号特征。研究表明:搅拌摩擦焊接工具在不同磨损情况下具有不同的声发射信号特征,小波包分解处理表明搅拌头磨损轻微时,低频段能量占比较高;相反,搅拌头磨损严重时,低频段能量占比较低。     

TB6钛合金疲劳试验过程中的声发射信号特征

随着直升机应用越来越广泛,其内部关键部件在高强度运行中疲劳裂纹的检测愈发显得重要,常规无损检测技术无法对裂纹的产生与变化进行实时监测。通过对直升机常用部件材料TB6钛合金进行疲劳断裂试验,使用声发射检测技术采集试验过程中的声发射信号,采用小波能量系数经历图分析方法,综合特征参数经历图分析和小波分析对信号的特征变化进行研究,研究表明:该材料的疲劳断裂过程经历了四个阶段,各个阶段的声发射特征量有明显转折点,裂纹开始萌生时可以观察到声发射特征参数和小波能量系数有明显跳变,声发射信号的中心频率随时间推移有向高频移动的趋势,这些特征规律为TB6钛合金部件的声发射动态监测和健康评价提供了参考依据。     

远近场声发射信号相关性研究

通过研究材料或结构中产生的声发射信号,获得损伤源的位置、损伤的类型及损伤严重度等信息,因而声发射信号成为分析材料或结构损伤状态的基础。在不同位置处所采集的声发射信号由于传感器特性、结构不连续、频散效应等产生明显的特征变化,这将影响到对材料或结构损伤状态一致性的研究。通过数值仿真的手段获得理想的高速撞击声发射信号,利用概率统计中的相关性分析方法,对获得的损伤源远近场声发射信号进行相关分析,计算相关系数,得到了远近场声发射信号相关性的变化规律,分析了相关系数与声发射波形、频率之间的关系,所得研究结果对评定损伤源位置精度及损伤模式识别的信号选取具有一定的参考价值。     

表面开口矩形缺陷兰姆波散射的边界元模拟

本文介绍了边界元法与兰姆波本征模式函数相结合的混合边界元法理论模型,用混合边界元法计算了铝板中A0模式兰姆波在表面开口矩形缺陷上的散射.通过数值计算,给出了不同频率下的模式转换特性和散射系数,并给出板中兰姆波传播和裂纹对兰姆波散射的波场快照,本文的研究工作对板状结构兰姆波无损检测技术的研究具有参考价值.     

相干无规信号源的声辐射

分析了无规声信号相干辐射的特点并进行了实验。定验结果与分析基本符合,因此可解释在混响室内用气流扬声器组合以提高室内有用声压级过程中出现的一些现象。实验结果表明可利用无规声信号的相干辐射以提高混响室内声压级,这一措施不论在技术上还是在经济效益方面都是有意义的。     

激光激发单模兰姆波的有限元模拟

针对激光超声技术中如何提高超声信号强度的问题,建立激光作用在铝板材料中激发超声波的理论模型,采用有限元方法对环状阵列激光源激发的超声波进行数值模拟.通过调节环状激发源的个数及间距,优化加载模型,得到了超声信号强度和信噪比均较高的加载模型结构.并利用FFT变换提取出超声信号的频率,计算出超声兰姆波波包的群速度.结果表明,该加载模型下激发的超声模式为能量高、频散小、且在整个板内部均有一定振动能量的A0模式兰姆波.这一结果可对激光超声无损检测中激发光源的选择和模式优化有一定参考价值.     

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.     

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。     

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。     

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。     

Lamb波双面激励方法及其在近邻损伤监测中的应用

针对Lamb波的多模式和频散特性,从理论和实验两方面研究了Lamb波双面激励方法,并针对近邻损伤进行了监测研究。研究结果表明:与传统的单面激励方法相比,该激励方法能够抑制Lamb波的多模式特性,在频率较低的情况下可实现基本对称或反对称模式的产生,提高了Lamb波的激励效果,便于监测信号的分析。另外,相对于通过调节激励频率产生特定Lamb波模式的方法,该激励方法具有一定的频率可调性,能有效改善Lamb波波包的空间分辨率,增强Lamb波对多个近邻损伤的监测能力。     

基于有限元的板结构能量流分析

由于面内波的尺度通常大于面外波的尺度,目前板结构基于有限元的能量流分析忽略面内运动,这种处理方法在一些情况下并不合理。本文根据薄板的经典理论,将面内运动和面外运动进行解耦,然后建立了两种运动的有限元能量流模型,最后通过能量平衡方程获得了板结构弯曲子系统的耦合损耗因子计算格式。算例分析表明,本文方法能较准确计算面内运动能量与面外运动能量,可为后续的耦合损耗因子提供更加准确的计算方法。     

用热流探针测量激波速度

激波速度测量是激波管和激波风洞运行状态的一个重要参数,压电传感器或光学方法测速系统成本高,而传统电离探针在激波马赫数较低、波后温度达不到空气电离程度的情况下无法满足实验要求。提出了一种使用同轴热电偶作为测速探针来测激波速度的方法,弥补了电离探针在激波马赫数较低时的不足。介绍了同轴热电偶探针测速原理,并设计了测量激波速度的系统电路。通过信号放大电路锁定激波冲激信号,触发脉冲信号发生电路,实现了一种单通道、多测点的激波风洞测速系统。分别开展以温度与热流为触发信号的风洞实验,结果表明只有使用热流信号才能满足激波测速的时间要求。     

基于线阵犆犆犇的风浪环境下水面弱流场速度测量方法

风浪环境下对水面弱流场进行测量是波-流作用机理的重要研究手段,对内波、水下地形、漩涡等海洋现象的微波遥感探测有着十分重要的意义。传统的流场测量方法无法在风浪环境下工作,难以应用在对表面弱流场与风生波间相互作用机理的研究中。提出了一种基于线阵电荷耦合组件(Charge-Coupled Device,CCD)的表面弱流场光学测量方法,通过表面波相速度的变化测量表面弱流场速度,其最大优点是工作在风浪环境下不受波浪振动影响。文章用水槽实验中内波激发的表面弱流场来验证此方法的正确性,对实际光学数据进行处理表明表面弱流场速度的测量精度优于0.3 cm/s。所提出的方法可以用于测量风浪环境下表面弱流场并研究流场与风生波之间的相互作用。     

防护超高速碰撞破坏的材料设计

概述了超高速碰撞对空间飞行器的破坏效应，简述了防护超高速碰撞的薄板屏蔽方法。从冲击波传播规律出发，阐述了抗超高速碰掸破坏的防护材料的理论设计方法，提出了防护材料的基本结构模型。