基于Lamb波的結構損傷檢測技術方法研究.pdf

1、工程結構在長期使用期間往往會受到復雜載荷和環(huán)境影響產生損傷和退化，為了保證結構的使用安全性和耐久性及避免災害性事故發(fā)生，對結構進行健康監(jiān)測尤為重要D結構損傷檢測作為健康監(jiān)測的一項關鍵技術，可以實時在線獲得結構的損傷信息，對結構健康狀況評估有著重要的研究意義和應用價值。
　　現有結構損傷檢測方法主要包括基于結構振動的損傷檢測方法和基于超聲導波的損傷檢測方法D其中，基于超聲導波的方法是首先在結構中激勵導波，當結構出現損傷時，在結構上傳

2、播的導波會與結構損傷發(fā)生相互作用并產生反射、散射現象D然后通過對傳感器接收的帶有結構損傷信息的信號進行分析處理，利用一定的處理方法提取出反映損傷信息的信號特征，最終結合相應的損傷檢測方法確定結構的健康狀況D考慮到超聲導波中的Lamb波具有傳播距離遠，沿傳播路徑上衰減小，對結構產生的微小變化或損傷均敏感的優(yōu)點，現己被廣泛應用于結構損傷檢測中D本文利用Lamb波在損傷檢測中的優(yōu)點，完成了以下幾個方面的研究工作：
　　(1)系統論述了波

3、動方程、相速度、群速度等在內的Lamb波基本理論，分析了Lamb波的頻散特性，數值模擬了基于壓電材料的Lamb波激勵、傳播的模型，并進行了實驗驗證。
　　(2)基于陣列信號處理方法空間譜理論在空間信源的波達方向估計上的優(yōu)勢，提出了使用空間譜估計理論對結構損傷進行檢測，并通過在結構上布置壓電傳感器接收傳播的Lamb波信號獲得結構損傷信息。采用非相干信號子空間法(Incoherent Signal subspace Method，IS

4、M)對結構單一損傷引起的反射波進行處理，對結構發(fā)生損傷的位置進行定位D隨后，采用相干信號子空間法(Coherent Signal subspace Method，CSM)解決了損傷反射信號和邊界反射信號相干或兩個損傷反射信號相干時的損傷位置波達方向估計問題，并進行了實驗驗證。
　　(3)采用相控陣天線技術，得到了陣列天線波束柵瓣的形成與抑制條件，對比了陣列天線在陣元間距與傳播波長比不同情況下的波束特性，詳細分析了陣列天線不同的窗函

5、數對陣列天線加權的影響。最后，通過相控陣天線技術改變結構上壓電片陣列激勵Lamb波時產生的波束方向，對結構進行掃描從而對結構損傷進行檢測。
　　(4)提出了基于最大相似性原理與遺傳算法相結合對結構損傷引起的反射波進行重構的方法，由此獲得了結構的損傷信息。隨后，將本文所提方法得到的損傷信號與有限元仿真的計算結果進行了對比，并對該算法進行了實驗驗證。結果表明，該方法區(qū)別傳統的基于參考信號方法可以較精確地重構出包含結構損傷信息的波信號，

6、進而準確獲得結構損傷特征，在結構損傷檢測中具有較好的應用價值。
　　(5)結構在外界工作環(huán)境下，為了給待測的損傷結構計算提供準確的材料參數，提出了一種基于Lamb波特性結合最大相似性原理的測量方法實時獲取結構材料參數。在外界環(huán)境變化下，利用最大相似性原理對不同材料參數結構上傳播的Lamb波波形進行計算，并與理論結果進行對比。將對比結果進行優(yōu)化，計算結果達到一致時就可認為獲得待測結構的材料參數。最后，將計算結果與實驗結果進行對比，結