航空结构中Lamb波小损伤监测能力研究

针对航空结构中的Lamb波小损伤监测能力,首先从损伤灵敏度和信号幅值两个方面进行了理论分析,然后基于ABAQUS软件开展了大面积铝板结构中压电-Lamb波的三维传播仿真,分别研究了各频率下Lamb波A0模式和S0模式对板中孔洞和裂纹小损伤的监测能力,最后实施了孔洞小损伤成像验证试验.研究结果表明,相比于低频(50～20...     

基于Lamb波的损伤铝板信号获取仿真研究

为了分析Lamb波在健康铝板和通孔铝板上的传播规律,提出基于Lamb波的损伤信号获取仿真方法。首先绘制3 mm铝板的群速度和相速度频散曲线,然后调制激励信号,在有限元软件Abaqus中建模仿真,获得Lamb波在铝板上的信号,最后再将各信号带入损伤因子公式中计算SDC值。研究结果表明：距离激励点的位置越远,Lamb波衰减的越厉害;相同位置,接收到完整板的信号幅值大于损伤板;传感器距离损伤位置越近,损伤因子越大。研究结果为无损检测成像技术提供理论支持。     

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。     

二维结构损伤的主动Lamb波定位技术研究

将Lamb波主动监测技术应用于复合材料损伤检测中,对二维结构损伤进行定位研究。利用压电陶瓷片作为驱动器和传感器,对结构损伤前后的传感信号做信号差,采用3种常用的信号时间延迟估计方法,比较这3种方法计算差信号和健康信号的时间延迟的损伤定位效果,其中定位方法采用了椭圆技术。详细介绍了这3种时间延迟估计方法的原理以及损伤定位结果的分析。实验结果表明在信号的信噪比较小的情况下,采用小波变换法能更准确地识别出复合材料冲击损伤的位置。实验数据验证了该方法的有效性。     

复合材料板冲击损伤的Lamb波场成像算法研究

针对民机复合材料板中冲击损伤检测难度大精度低等问题,采用压电传感器激发复合材料板中Lamb波信号,并通过扫描式激光多普勒测振仪感知板中Lamb波场信号,引入Lamb波场曲率放大冲击损伤所致波场奇异成分,计算Lamb波场曲率均方根(RMS)得到损伤图像实现复合材料板中冲击损伤成像。实验结果表明,建立在压电激励和激光感知基础上的Lamb波场曲率RMS图像算法能有效检测出玻璃纤维增强复合材料(GFRP)板中冲击损伤的位置和大小。     

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。     

主动Lamb波监测技术中的传感元件优化布置研究

研究了应用主动Lamb波对复合材料结构试件进行损伤检测时的压电元件的布置优化问题.首先,通过实验选取了不同中心频率的激励信号对结构板进行激励,根据Lamb波响应信号的分析结果对各个压电元件之间的距离进行优化;其次,通过计算S0模式Lamb波的群速度获得边界反射的到达时间,将计算得到的边界反射信号的发生时刻与实际情况进行对比,结果吻合一致,据此可对压电元件进行抑制边界反射影响的优化布置.将压电元件的优化布置应用在具体的损伤检测实验中,实现了复合材料上的一维结构脱层损伤定位.     

基于Lamb波的双面激励仿真计算与实验研究

针对损伤检测中常见的入射波A0与损伤反射波S0混叠的情况,提出了基于双面激励削弱反对称信号A0,增强对称模式S0的方法,面向通孔类损伤实现了损伤的准确检测与定位.首先,从理论上证明了双面激励的有效性;然后,对含通孔损伤的矩形板进行了A baqus仿真计算,通过单面激励与双面激励的对比,结果表明双面激励可以有效削弱反射波...     

基于空域稀疏性的宽带DOA估计

利用宽带阵列接收信号的空域稀疏性,将宽带信号的波达方向(DOA)估计转化为一个稀疏信号重构的问题,提出了一种新的宽带信号DOA估计算法。该算法将宽带信号分解为多个子带信号,联合利用多个子带信号的空域稀疏性进行重构。它是对用于稀疏重构的标准的稀疏贝叶斯学习算法的推广,可适用于多冗余字典的信号模型。另外,通过对多快拍的阵列接收信号进行奇异值分解(SVD),提取信号子空间作为算法的输入数据,可以在有效减少运算复杂度的同时,提高对噪声的稳健性。与传统的宽带阵列DOA估计方法相比,该算法能够用于低信噪比、快拍有限和信源相关性较高的场合,同时算法的性能对信源个数的估计值不太敏感。仿真实验表明,该算法相对现有的基于子空间类的方法,具有更好的DOA估计性能。     

钢/橡胶胶接结构脱粘缺陷Lamb波检测的模式选择

针对Lamb渡检测胶接结构脱粘缺陷时如何选择恰当的模式这一问题,研究了板内质点振动位移与检测灵敏度之间的关系.以钢板/橡胶胶接结构为例,用不同模式的Lamb波进行了检测试验研究.结果表明,不同模式的波有不同的检测灵敏度,选择在板表面具有较大位移而在板内具有较小位移的Lamb波模式,可以提高胶接结构脱粘缺陷检测灵敏度.     

基于非频散信号构建的Lamb波高分辨率损伤成像方法

Lamb波损伤成像是结构健康监测的研究热点之一,然而在实际应用中,成像分辨率很容易受到Lamb波频散特性的影响.本文研究了非频散信号构建(ND-SC)的频散补偿方法并用于提高Lamb波成像分辨率.根据频域中建立的Lamb波传感模型,分析了ND-SC原理,并分别按照宽带激励和窄带激励两种情况对ND-SC的实现方式进行了讨论.随后结合经典的延迟叠加算法提出了高分辨率损伤成像方法.针对铝板的实验结果证明了本文提出的ND-SC方法和高分辨率损伤成像方法的有效性.     

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。     

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。     

分布式接收宽带多目标信号盲检测迭代处理方法

随着软硬件技术的飞速发展和宽带接收机的广泛使用,频谱检测向着高瞬时带宽的方向发展,传统基于信道化处理的频谱检测方法存在搜索速度慢、处理效率低下的问题。文章提出了 1种新的分布式接收宽带多目标信号盲检测迭代处理方法,在无须预先知道信号数目及信号频谱位置的情况下,能够实现特定虚警概率多信号盲检测,具备较高的灵活性和稳健性。首先,在对信号特征进行分析的基础上,通过构造线性模型,将分布式接收多目标信号检测转化为线性模型求解问题进行处理;然后,基于贝叶斯多参数联合求解模型,在对未知参数先验分布进行合理假设的基础上,推导了各未知参数变分分布及信号检测门限的解析表达式,采用变分分布软信息迭代的方式实现多传感器信号、多参数联合估计,并利用每次迭代参数估计结果,对信号检测门限进行更新,通过置零操作实现预设虚警概率下的多信号盲检测;最后,通过仿真实验对所提方法性能进行了分析,并与相关方法进行了对比。仿真结果表明,所提方法能够有效利用多路接收信号信息,实现宽带未知多目标信号的盲检测,有效提升短数据下的算法处理效能,与现有方法相比,在接收单元数目较多以及信噪比较低时具有明显优势。     

一种多分量chirp信号阵列检测新方法

提出了一种多分量chirp信号检测与参数估计的新方法。该方法利用天线阵列的空间特性,通过阵列平均在分数阶傅里叶域中引入加权函数来降低噪声、抑制不同源信号之间的相互干扰。和单阵元方法相比,文中方法大大提高了多分量chirp信号检测和参数估计的性能,仿真结果证明了方法的有效性。     

基于压电传感网络的结构健康监测扫查系统的设计及实验研究(英文)

基于主动Lamb波和压电传感器网络的结构健康监测技术是一种评估航空结构健康状态的有效方法。在实际应用中,监测大型结构需要使用压电传感器网络。扫查这些压电传感器网络中的压电激励-传感通道以达到在线的结构健康监测是非常重要的。基于PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)平台,研发了一套基于主动Lamb波和压电传感器网络的集成多通道扫查系统,该系统结构紧凑、便于携带,能大规模自动扫查激励-传感通道并进行损伤评估。提出和讨论了该系统中:4通道PXI程控增益电荷放大器的实现、支持276个激励-传感通道的外部扫查模块和集成的结构健康监测软件的实现。最后,主要讨论了系统在某型无人机碳纤维复合材料机翼盒段上的功能验证实验,包括:压电贴层的设计、激励信号频率的选择方法、损伤成像的功能性测试、系统稳定性测试和载荷对信号的影响。实验结果验证了该系统的稳定性和损伤监测功能。