基于Lamb波的航空復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別技術(shù)方法研究.pdf

1、近年來在智能材料與結(jié)構(gòu)領(lǐng)域取得的新進(jìn)展，使得利用集成在結(jié)構(gòu)中的先進(jìn)驅(qū)動(dòng)/傳感元件網(wǎng)絡(luò)，在線獲取與結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)的信息，識(shí)別結(jié)構(gòu)的安全狀況成為可能。應(yīng)用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)獲取有關(guān)結(jié)構(gòu)損傷的性質(zhì)、程度、分布和演變等信息，對(duì)及時(shí)做出決策來阻止結(jié)構(gòu)性能的退化和失效，增加飛行安全，降低維護(hù)費(fèi)用具有至關(guān)重要的意義。
　　本文對(duì)航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的若干技術(shù)方法進(jìn)行研究，采用主動(dòng)監(jiān)測(cè)的方法，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線的連續(xù)監(jiān)測(cè)，近乎實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)到結(jié)構(gòu)損

2、傷發(fā)生和作用的位置。本文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果有:
　　(1)對(duì)運(yùn)用Lamb波時(shí)間反轉(zhuǎn)法對(duì)復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究。首先采用彈性力學(xué)基本方程求導(dǎo)了Lamb波頻散方程，建立了Lamb波傳播的力學(xué)模型，對(duì)壓電傳感器驅(qū)動(dòng)/感應(yīng)Lamb波的原理進(jìn)行了深入的探討，通過有限元數(shù)值方法研究了Lamb波在結(jié)構(gòu)中傳播的特性;然后研究了Lamb波的時(shí)間反轉(zhuǎn)法在復(fù)合材料損傷檢測(cè)中的應(yīng)用，提出了一種利用Lamb波時(shí)間反轉(zhuǎn)法對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷

3、成像的方法;通過建立損傷指標(biāo)，得到傳感器通道的損傷系數(shù)，為損傷成像提供基準(zhǔn)信息;對(duì)工業(yè)CT成像中的損傷概率成像算法進(jìn)行改進(jìn)，使其適用于無基準(zhǔn)信號(hào)下的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提方法的可行性及有效性。
　　(2)對(duì)運(yùn)用Lamb波匹配追蹤方法的蜂窩復(fù)合材料損傷識(shí)別技術(shù)進(jìn)行研究。首先詳細(xì)介紹了匹配追蹤方法，針對(duì)Lamb波監(jiān)測(cè)方法的特點(diǎn)，提出了字典庫(kù)為Chirplet原子的匹配追蹤方法的快速實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)Lamb波信號(hào)進(jìn)行快速分解，提取相關(guān)的

4、特征信息，并證明Chirplet原子能準(zhǔn)確地匹配受彌散效應(yīng)影響發(fā)生失真變形的窄帶脈沖信號(hào);提出一種基于Lamb波和匹配追蹤方法的損傷識(shí)別方法，通過有限元仿真的結(jié)果加以驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明匹配追蹤方法能有效識(shí)別出Lamb波的模態(tài)，準(zhǔn)確地提取出Lamb波中包含的損傷信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)損傷進(jìn)行精確定位，通過在各向同性板結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明匹配追蹤方法能有效地分辨出多損傷的散射信號(hào)，精確定位損傷。最后將該方法應(yīng)用于蜂窩夾層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的沖擊損傷識(shí)

5、別中，分別采用橢圓定位技術(shù)和損傷成像技術(shù)定位沖擊損傷位置。
　　(3)對(duì)基于概率統(tǒng)計(jì)方法對(duì)復(fù)合材料損傷監(jiān)測(cè)和識(shí)別進(jìn)行研究，提出一種兩步識(shí)別方法用于監(jiān)測(cè)并識(shí)別環(huán)境變化下?lián)p傷發(fā)生與否及損傷的位置。該方法先采用信號(hào)處理方法提取信號(hào)的能力特征，通過對(duì)比結(jié)構(gòu)損傷前后Lamb波信號(hào)的特征得到損傷差異系數(shù)，作為損傷指標(biāo);再采用概率統(tǒng)計(jì)方法來判斷該損傷指標(biāo)是由損傷引起還是由環(huán)境變化造成，從而判斷結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷;最后采用損傷概率成像算法獲取損傷存