应用小波分析及主动监测技术的复合材料损伤监测

用小波分析作为信号处理工具将能对被分析信号进行更细致分析 ,获得比傅立叶分析更多的信号特征。本文研究采用主动监测技术 ,利用压电传感器及驱动器对结构进行实时大面积监测 ,同时引入先进信号处理方法 -小波分析对检测信号进行时频局部化处理 。

基于Lamb的金属薄板损伤主动监测技术研究

开发了一个主动嵌入式多激励健康监测系统,介绍了利用Lamb波进行损伤监测的原理和流程,测试了试验用铝板的群速度频散曲线。分别利用不同的压电陶瓷(PZT)片作为激励端和响应端,进行了不同传播路径的试验测试,对损伤前后的不同传播路径的测试波形进行分析处理和比较,找到了反映损伤前后波形变化的规律。利用散射波能量与基准能量的比值定义了损伤率的概念,以孔洞损伤为例计算了损伤对不同传播路径损伤率的数值影响,结果表明该特征值可用来实现对损伤位置的判断。

集成主被动协同Lamb波结构健康监测技术

通过对主被动Lamb波监测系统存在的互联性与互补性的分析,针对主被动监测系统各自的优势和存在的缺陷,研究并提出了主被动监测系统的协同工作机制。将被动监测触发和间歇扫查相结合,设定主动监测机制,并对主被动监测结果进行融合。给出了主被动集成化系统的硬件实现方案,并搭建实时监测的软件平台。实验结果表明,主被动协同技术与系统很好地融合了主被动监测信息,提高了监测效率、监测精度并降低了系统功耗。

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。

基于主动监测技术的蜂窝夹芯结构损伤监测研究

目前 ,复合材料主要是以蜂窝结构的形式应用于飞机结构中。将应力波因子 (SWF)技术与智能材料结构技术相结合 ,对蜂窝夹芯复合材料的损伤实现在线、主动监测。提出了先将应力波的时域波形微分后再进行傅立叶变换的方法 ;验证了应力波在蜂窝夹芯复合材料中传播时 ,其峰—峰值随距离增大呈指数衰减 ,并提出一种基于最小二乘法的新型应力波因子技术 ,可有效的剔除传播距离对信号峰—峰值的影响 ,提高了损伤判别的可靠性和准确性。

主动Lamb波健康监测系统设计及应用

本文对主动Lamb波技术的监测原理和监测系统进行了系统论述,构建了一整套Lamb波监测系统,对铝板结构上的裂纹损伤进行了定位检测,证明了该套系统的有效性。本研究为主动Lamb波技术的现场应用提供了数据支撑。

基于Bayesian理论的无参考信号主动Lamb波损伤定位方法

目前主动Lamb波损伤检测方法大都基于健康状态下的参考信号以获取损伤散射信号,并采用确定性的方法进行损伤定位,在适用性方面受到较大影响。基于Lamb波的时间反转聚焦原理,考虑损伤定位过程中的不确定性因素,发展了一种基于Bayesian理论的无参考信号主动Lamb波损伤定位方法。根据时反聚焦信号中主、旁瓣波包峰值的相对时刻,提取各测量通道损伤散射信号传播时间与直达波传播的时间之差作为样本,并基于Bayesian理论,获得损伤位置、波速等未知参数的联合后验概率分布,再利用马尔科夫链蒙特卡洛(MCMC)方法在后验分布中对未知参数进行采样估计,得到马尔科夫链的极限分布即未知参数的后验分布。通过对一铝质矩形薄板的数值仿真和模型实验研究结果表明,该方法能够较为准确地识别出损伤位置、波传播速度及其不确定性。

复合材料损伤的主动兰姆波监测定位方法

首先求解碳纤维复合材料的兰姆（Lamb）波频散方程，得到频散曲线，优选对复合材料分层或脱粘损伤敏感的压电激励模式和激励频率，提出了基于幅值衰减算法的损伤定位方法，通过短时傅立叶变换，将信号转换为时频分布，提出了另一种损伤定位方法；通过附加质量模拟损伤试验，验证、比较了提出的损伤定位方法，该方法具有工程应用价值。

压电阵列星形布置与多路损伤扫查策略

针对复合材料结构的损伤主动监测进行研究。采用主动Lamb波和小波变换计算损伤散射信号的时间延迟,根据椭圆定位法进行损伤定位;提出压电传感器星形布置的优化布置方法,结合多路扫查,解决椭圆定位法的损伤监测盲区,从而扩大损伤监测范围、提高损伤判别的准确性,并能进行损伤程度的判别。通过实验系统验证了所提出方法的有效性。

PWAS激励Lamb波的谱有限元建模及参数研究

基于谱有限元法发展了一种由压电晶片主动传感器(PWAS)、胶层和主结构组成的三层模型,来模拟PWAS激励结构中Lamb波的传播.首先在各层使用不同的梁理论,推导PWAS-胶层-主结构三层模型的控制方程和力的边界条件,建立谱有限元模型.通过和传统的有限单元法进行比较,表明了在显著提高计算效率的同时,所发展谱有限元模型在分析结构中Lamb波传播上仍具有较高的精度.分析了激励频率、PWAS长度与厚度、胶层厚度等参数变化对输出电压信号的影响,可以为基于PWAS和Lamb波的主动健康监测技术提供参考.

基于改进空间滤波器的复合材料结构损伤成像方法

为降低Lamb波在复合材料结构中传播时存在的频散现象和各方向传播特性的不一致性给损伤监测带来的困难,提出一种利用Hilbert变换改进的空间滤波器对复合材料结构损伤进行成像的方法。分析了基于空间滤波器的信号合成成像原理,在此基础上利用Hilbert变换构造传感器时域响应信号的解析信号参与到信号合成成像过程中。通过对仿真声源的成像实验,验证了该方法的可行性,通过对碳纤维复合材料板结构上激励源和损伤的成像实验,验证了该方法的功能。研究表明该方法能够识别损伤相对于压电传感器阵列的角度位置和损伤散射信号的到达时刻。