飛行器關(guān)鍵構(gòu)件的超聲導(dǎo)波損傷診斷成像方法研究.pdf

1、飛行器對(duì)效率和安全的追求是永恒的，因而對(duì)航空航天飛行器結(jié)構(gòu)的性能要求日益提高，結(jié)構(gòu)趨于大型化和復(fù)合材料化，安全性問題日益突出。利用嵌入式的智能傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)健康狀況是提高飛行器可靠性、安全性和先進(jìn)性的重要技術(shù)手段。損傷引起的結(jié)構(gòu)失效是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)預(yù)防和關(guān)注的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)超聲波相比，超聲導(dǎo)波更適合于板狀或管狀飛行器關(guān)鍵構(gòu)件的大面積損傷監(jiān)測(cè)，相關(guān)研究受到研究者越來越多的關(guān)注。近幾年來，研究者們?cè)诮饘?復(fù)合材料平板和大

2、口徑管狀金屬構(gòu)件上開展了大量超聲導(dǎo)波損傷監(jiān)測(cè)研究，發(fā)展了多種能直觀反映損傷位置的診斷成像方法。但由于超聲導(dǎo)波的傳播具有多模態(tài)、頻散等特性，其導(dǎo)波信號(hào)處理解釋的難度與結(jié)構(gòu)復(fù)雜度息息相關(guān)，目前導(dǎo)波技術(shù)的損傷監(jiān)測(cè)效率和精度尚且不足，使得其在大面積薄壁復(fù)雜構(gòu)件和飛行器管路系統(tǒng)等真實(shí)飛行器關(guān)鍵構(gòu)件應(yīng)用方面的研究還相對(duì)滯后。因此，進(jìn)一步探索真實(shí)飛行器關(guān)鍵構(gòu)件上的超聲導(dǎo)波損傷診斷成像方法有助于推動(dòng)飛行器結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的工程應(yīng)用。
　　本文的目的是

3、基于加權(quán)分布診斷成像方法進(jìn)一步發(fā)展損傷定位和尺寸評(píng)估的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，提高稀疏傳感網(wǎng)絡(luò)的損傷定位精度，探索可用于飛行器復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高效率、高精度損傷診斷新策略和新方法。為此，本文從診斷成像的影響因素分析和傳感網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，飛行器大面積薄壁復(fù)雜構(gòu)件損傷診斷和管路周向裂紋診斷成像技術(shù)等方面開展了深入研究。文章的研究內(nèi)容和結(jié)果主要包括:
　　(1)在加筋肋復(fù)合材料板上，對(duì)加權(quán)分布診斷成像不同參數(shù)組合的損傷定位精度進(jìn)行了研究，結(jié)果表明加權(quán)分布診斷

4、成像中監(jiān)測(cè)中心頻率、傳感路徑網(wǎng)絡(luò)和路徑加權(quán)因子會(huì)顯著影響損傷定位的精度。為抑制監(jiān)測(cè)中心頻率選擇的影響，提出了一種多頻率綜合診斷成像方法，通過融合多頻率的診斷圖像可提高了損傷定位精度和可靠性。分析了傳感路徑網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同位置損傷的定位結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了傳感網(wǎng)絡(luò)布設(shè)差異造成的“過度加權(quán)”現(xiàn)象。這種“過度加權(quán)”會(huì)造成加權(quán)分布診斷成像的監(jiān)測(cè)靈敏度對(duì)不同位置損傷存在差異，嚴(yán)重時(shí)會(huì)降低損傷定位精度，甚至產(chǎn)生“偽損傷”誤診。為抑制加權(quán)分布診斷成像的“過度加權(quán)”

5、，提出了基于單位權(quán)值分布函數(shù)的傳感網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法。對(duì)加權(quán)分布診斷成像相關(guān)影響因素的深入分析也為后續(xù)改進(jìn)該成像方法奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)深入分析了大面積薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷定量化面臨的挑戰(zhàn)，討論了其應(yīng)對(duì)策略。提出了一種基于權(quán)值補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)加權(quán)分布診斷成像方法，在加筋肋復(fù)合材料板上對(duì)該方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比了改進(jìn)前后的損傷定位結(jié)果，并對(duì)診斷成像的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析。提出了一種基于診斷圖像峰值的損傷尺寸評(píng)估方法，在加筋肋復(fù)合材料板上對(duì)損傷嚴(yán)

6、重程度與診斷圖像峰值的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了研究，得到了兩者的關(guān)聯(lián)模型，依據(jù)模型對(duì)不同大小的若干損傷進(jìn)行測(cè)試來驗(yàn)證方法的有效性。提出了一種多損傷因子綜合評(píng)價(jià)機(jī)制來進(jìn)一步提高損傷定位的精度和可靠性，最后在復(fù)合材料機(jī)身壁板原型結(jié)構(gòu)上對(duì)上述方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　(3)對(duì)超聲導(dǎo)波在飛行器管路中傳播特性進(jìn)行了分析，結(jié)果表明蘭姆波近似理論對(duì)小管徑圓管不再適用。提出了一種可提高飛行器管路焊縫周向裂紋識(shí)別能力的超聲導(dǎo)波損傷診斷成像技術(shù)，該技術(shù)通過評(píng)價(jià)傳