基于概率损伤算法的铝板电磁超声Lamb波扫描成像

A_0模态Lamb波具有波长短、检测灵敏度高等特点,可在板结构中实现大范围、高效率的损伤检测和监测。设计并制作了一种指向性的A_0模态电磁声传感器,其由印制于柔性电路板上的回折线圈和马蹄形磁铁组成。试验验证了所设计的传感器可在铝板中有效地激励出单一的A_0模态。为了实现铝板中缺陷的检测与重构,提出了一种基于EMAT(电磁声传感器)的Lamb波扫描成像技术,对铝板中不同形状的预制模拟缺陷进行扫描检测。对各扫描路径下检测信号的直达波进行虚拟时间反转计算,提取不同路径下的损伤指数,并结合损伤概率成像算法和数据融合方法,实现了预制模拟缺陷的定位和重构,成像结果与缺陷实际位置和形状非常吻合。

蜂窝夹层板结构中导波的传播特性及其脱粘损伤的检测

利用有限元模型研究了蜂窝夹层板结构中导波的传播特性,并进行了蜂窝夹层板结构中蒙皮与蜂窝芯脱粘损伤检测的实验研究。建立了基于实际蜂窝夹层板结构的有限元模型,利用COMSOL Multiphysics软件模拟了导波在完好结构和含有脱粘损伤结构中的传播规律。结果表明,导波在蜂窝夹层板中传播时具有频散和多模态特性,可通过频散关系确定导波的各阶模态,且A0模态对脱粘损伤最敏感。采用压电片作为激励源,选取窄带脉冲作为激励信号激发导波,利用Polytec激光测振仪采集蜂窝夹层板中的导波信号。对信号进行小波变换,提取A0模态的幅值,并在此基础上通过损伤概率算法定位脱粘损伤的位置。结果表明,A0模态幅值可作为损伤检测的参数,且重构的脱粘损伤与实际的脱粘损伤位置吻合较好。

结构裂纹损伤的Lamb波层析成像监测与评估研究

结构健康监测研究中,板壳类结构裂纹损伤监测一直是研究的热点。采用基于相关性分析的概率损伤重构算法(Reconstruction algorithm for probabilistic inspection of damage,RAPID),对结构裂纹损伤监测进行研究。利用RAPID算法中采用信号之间的差异性进行损伤识别和重构,克服了Lamb波复杂多模传播特性对信号分析的影响。在此基础上提出一种改进的RAPID算法,根据裂纹损伤对Lamb波监测信号的反射及散射作用,通过校正损伤区域中裂纹方向上的信号差异系数值(Signal difference coefficient,SDC),强化裂纹方向上的重构图像信息,实现对裂纹损伤的图像重构,并由接收端SDC分布图评估出裂纹的长度。试验结果表明,该方法能较为准确地实现对裂纹损伤的直观图示,重构出的裂纹层析图像能很好地反映裂纹的信息,实现方向及长度的评估,可用于对裂纹损伤的定量评估和扩展监测。

基于导波的飞机结构腐蚀损伤监测研究

飞机结构腐蚀损伤会显著降低飞机结构的安全性能,危害飞行安全。提出一种基于导波的航空结构腐蚀损伤概率重建算法用于航空结构腐蚀损伤的在线监测。针对结构上真实的腐蚀损伤,采用频谱幅度差损伤因子表征Lamb波参考信号和监测信号的相关性,并作为损伤概率重建算法方法中的图像重建参数;根据损伤概率重建算法的成像结果,提出了一种融合损伤因子方法对腐蚀深度进行评估,同时采用超声检测方法测量结构上的腐蚀损伤与上述方法进行了对比。试验结果表明,该方法有效实现了结构腐蚀损伤的定位和腐蚀深度的评估。

基于概率损伤算法的复合材料板空气耦合Lamb波扫描成像

采用非接触空耦传感器在准各向同性复合材料板中激励出单一的Lamb波模态,用于分层缺陷的扫描检测。扫描时,激励和接收传感器置于复合材料板同侧并相对倾斜布置,传感器沿2个正交方向同步线性扫描,得到不同位置的检测信号。对不同扫描路径下的检测信号进行连续小波变换,提取激励频率下的小波系数包络信号,对分层缺陷进行成像。在此基础上,利用概率损伤算法定义损伤指数,结合不同方向的损伤指数实现分层缺陷成像。采用全加法和全乘法对2个正交扫描方向得到的成像结果进行数据融合,实现了分层缺陷的定位和重构。并在成像算法中引入阈值,进一步提高了分层缺陷的定位精度以及重构质量。

Lamb波时间反转椭圆定位和层析成像混合技术研究

采用椭圆定位技术和层析成像技术相结合的无损检测方法,并将其运用于板状材料的Lamb波损伤检测和成像中.与传统的单一层析成像技术相比,将椭圆定位技术和层析成像技术相结合,只需在椭圆定位技术确定的范围内选择有效的激励-传感路径进行层析成像,从而排除了多余的检测路径,可以减少数据计算和处理的数量,提高数据利用率和检测效率.此外,由于事先用椭圆定位技术确定了损伤的范围,避免了额外激励-传感路径交叉点处损伤概率值较大的情况,这有效地减少了损伤检测误判情况的发生.通过Abaqus有限元软件的仿真,选择合适的Lamb波激发频率和激发方式,然后布置恰当的传感器网络,结合椭圆定位技术和层析成像技术的概率损伤检测重构算法对损伤进行成像,这有效地提高了损伤的检测效率和成像质量,检测路径和成像计算时间节省率分别在47.6%和47.5%以上.