基于深度学习和导波阵列的高精度损伤成像方法

为提升超声导波技术在板状结构中对损伤位置、大小和形状的精确检测能力,将全聚焦成像算法的低分辨率成像结果和多尺度深度学习算法模型相结合,研究了圆孔和裂纹两种损伤的高精度成像方法。基于深度学习的高精度成像算法由卷积神经网络和反卷积神经网络两部分构成,利用神经网络的多尺度分析、非线性增强和多层级融合功能提升分辨率。在全聚焦成像算法成像结果的基础上构建网络训练数据库,对板中包含圆孔-裂纹双损伤以及圆孔-圆孔双损伤两种情况进行检测验证。结果表明:该方法成像精度高,在精确定位损伤的基础上可以进一步获得损伤的精细特征。

长江上游透水丁坝水面线分布试验研究

丁坝是长江上游航道整治中最常用的整治建筑物,工程实践中多采用抛石透水丁坝,此类丁坝具有一定透水性,在现有丁坝水沙特性研究中极少考虑透水性对此类丁坝的影响。不同的空隙率和空隙尺寸对改善透水丁坝附近水位场及流速场具有不同效果。通过水槽概化模型试验,研究了3种空隙尺寸和5种空隙率工况下透水丁坝周围水面线分布情况,对比分析了不同空隙率和不同空隙尺寸等因素对透水丁坝周围水面线的影响规律。结果表明:相比实体丁坝,在一定的空隙率和空隙尺寸条件下,透水丁坝对其上游的壅水效果更佳,同时还可增加其下游水深,降低纵横向水面比降,对改善丁坝右侧束窄段水流形态、减轻丁坝水毁、延长其使用年限以及改善生态环境等方面也具有更积极的作用。

黄河上游连续弯曲多滩险河道整治方案数值分析

天然河道一般不能满足航运的实际要求,需进行航道整治。目前我国内河航道整治技术较为成熟,但对存在连续弯曲多滩险河道的研究较少。黄河上游白银市常生码头下游滩河道属连续弯曲河道,存在多处滩险,水流条件复杂,严重影响船舶的通航安全。以数值模拟为研究手段,构建二维数学模型,分析河道碍航因素,论证整治方案的合理性。确定采用填槽、切咀、疏浚和修筑潜坝等整治方法。整治效果明显,水力因素均达到通航指标,水流条件明显改善,为今后黄河上游及类似碍航特性的航道整治工程提供参考。

基于反卷积神经网络的超声导波层合板脱粘缺陷超分辨成像

针对传统超声导波成像检测方法难以精确表征结构损伤细节特征的问题,文中提出了基于深度学习的反卷积神经网络模型,对层合板中亚波长脱粘缺陷的超分辨成像问题进行研究,以获得损伤的细节特征。通过有限元仿真与全聚焦成像算法获取初始成像结果,再使用数据增强方法扩充数据库,最后对标注好的12550张损伤图像进行训练和测试。研究结果表明,与原始全聚焦成像算法相比,反卷积神经网络模型下损伤的成像位置准确度提高了5%,成像精度高于91%,定位误差低于1.8 mm,说明文中所提方法能够明显提高网络成像结果分辨率并较好地显现亚波长损伤的细节特征。上述结果表明文中所提方法具有较高的检测效率,且无需人工经验,在工程实践中具有良好的应用价值。

基于Bloch-Floquent理论和有限元仿真的板结构Lamb波复频散关系研究

针对板结构中Lamb波频散和多模态限制其在超声无损检测技术中实际应用的问题,文中使用了一种基于Bloch-Floquent理论和有限元特征频率法的方法,计算得到了钢板结构在实数波数域和纯虚数波数域包含模态信息的频散曲线。利用Bloch-Floquent周期性边界条件对板结构进行了较大简化,快速计算了无限大钢板结构在不可约布里渊区和纯虚数波数域内的频散曲线。通过Bloch-Floquent扩展和傅里叶变换准确获得了各特征模式的真实波数信息,克服了频散曲线混叠的问题。根据各个模式上下表面的离面位移进行了模态识别,从而得到了钢板完整的频散关系。该方法的计算结果与通过传统二分法求解频散方程所得到的结果具有较大一致性,验证了该方法的有效性。

加筋板智能导波损伤识别与评估

建立了基于卷积神经网络算法的智能导波损伤检测方法,可实现加筋板中脱黏损伤的高效识别和精准定位。在数值模拟和试验研究T型筋加筋板中导波传播特性的基础上,通过单点激发多点接收的方法获取不同损伤样本的兰姆波响应,经预处理之后组成融合数据库。利用卷积神经网络(CNN)深度学习检测算法,抓取和学习融合数据库中与损伤相关的特征,并使用未经训练的数据测试网络性能。结果表明,以Adam为优化器的7层CNN对数据库中损伤样本的检测精度达99%;基于CNN的智能导波检测方法不仅能够识别加筋板中的脱黏损伤,而且能够准确定位。

水下亚波长广角声单向传输结构设计与优化

利用传递矩阵法,基于流固超晶格的单元传递矩阵,计算并分析了无限周期流固超晶格的能带结构以及有限周期级联超晶格的透射谱。在此基础上,耦合一维周期性矩形声栅与级联超晶格,构造了水下亚波长广角声单向传输结构,揭示了其广角声单向传输机制。有限元仿真结果表明,该结构能够实现约20°广角入射声波的单向传输效应,同时还具有宽频带、高整流比等特性。通过优化声栅单元的方位角,有效地提高了结构的正向导通率。本文结果突破了基于声子晶体的声单向传输设计中面临的“波长-尺寸”限制,有助于水下声整流器件朝着小型化和集成化方向发展。

集成式超高压增压泵的研制

详细介绍了自主研发设计的集成式超高压增压泵的原理,有效地解决了常规增压泵存在的压力波动时间较长,效率较低,反应不够寻敏、结构庞大和安装连接易出错的问题。

Laser-generated thermoelastic acoustic sources and acoustic waves in anisotropic plate

The effect of anisotropy on the ultrasound wave generation and propagation in the unidirectional fi- ber-reinforced composite plate has been investigated. A quantitative numerical model for the la- ser-generated ultrasound in the thermoelastic regime was presented by using a finite element method. All factors, such as spatial and time distributions of the incident laser beam, optical penetration, ther- mal diffusivity, and source-receiver distance can be taken into account. Numerical results show that the effect on ultrasound waveform of the size of the laser volume source produces strong bipolar longitu- dinal waves and improves the amplitude and directivity of the longitudinal waves. A fiber-reinforced composite material exhibits isotropic or homogenous behavior for ultrasonic wave propagation per- pendicular to the fiber direction. For ultrasonic propagation along the fiber direction, ultrasonic dis- persion resulting from the inhomogeneous nature of the material affects the laser ultrasonic waveforms. As the dimensions of the laser pulse are increased in space and time, the displacement waveform be- comes broader and its magnitude decreases.