基于Lamb波的航空復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷識別技術(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/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)測系統(tǒng)及時獲取有關(guān)結(jié)構(gòu)損傷的性質(zhì)、程度、分布和演變等信息，對及時做出決策來阻止結(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。
　　本文對航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的若干技術(shù)方法進(jìn)行研究，采用主動監(jiān)測的方法，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線的連續(xù)監(jiān)測，近乎實時地監(jiān)測到結(jié)構(gòu)損

2、傷發(fā)生和作用的位置。本文的主要研究內(nèi)容和取得的成果有:
　　(1)對運(yùn)用Lamb波時間反轉(zhuǎn)法對復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測進(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，對壓電傳感器驅(qū)動/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波的時間反轉(zhuǎn)法在復(fù)合材料損傷檢測中的應(yīng)用，提出了一種利用Lamb波時間反轉(zhuǎn)法對復(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)信號下的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。實驗驗證所提方法的可行性及有效性。
　　(2)對運(yùn)用Lamb波匹配追蹤方法的蜂窩復(fù)合材料損傷識別技術(shù)進(jìn)行研究。首先詳細(xì)介紹了匹配追蹤方法，針對Lamb波監(jiān)測方法的特點，提出了字典庫為Chirplet原子的匹配追蹤方法的快速實現(xiàn)方案，對Lamb波信號進(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;提出一種基于Lamb波和匹配追蹤方法的損傷識別方法，通過有限元仿真的結(jié)果加以驗證，仿真結(jié)果表明匹配追蹤方法能有效識別出Lamb波的模態(tài)，準(zhǔn)確地提取出Lamb波中包含的損傷信息，實現(xiàn)對損傷進(jìn)行精確定位，通過在各向同性板結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗證，實驗結(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，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

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)對基于概率統(tǒng)計方法對復(fù)合材料損傷監(jiān)測和識別進(jìn)行研究，提出一種兩步識別方法用于監(jiān)測并識別環(huán)境變化下?lián)p傷發(fā)生與否及損傷的位置。該方法先采用信號處理方法提取信號的能力特征，通過對比結(jié)構(gòu)損傷前后Lamb波信號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