基于Lamb波的主動結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究.pdf

1、經(jīng)過長期使用，土木、航空、大型管道和大型儲物罐等結(jié)構(gòu)中難免會產(chǎn)生大量局部損傷及微裂紋，為了使結(jié)構(gòu)和材料處于良好的使用狀態(tài)，必須開發(fā)一套科學有效的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)（StructuralHealthMonitoringSystem，簡稱SHMS）。SHMS可以分為主動SHMS和被動SHMS兩種。被動SHMS通過被動傳感器進行監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理，僅僅“監(jiān)聽”通過結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生的信號。在主動監(jiān)測系統(tǒng)中，使用附在結(jié)構(gòu)表面或嵌入結(jié)構(gòu)中的激勵器和傳感器，通

2、過激勵器激發(fā)激勵信號，在結(jié)構(gòu)中引入彈性應力波，利用對傳感器的接收信號的分析處理可以有效地探知結(jié)構(gòu)中的損傷情況。本文研究在主動SHMS中引入Lamb波進行探傷，這種探傷方式具有探測距離遠、探傷效率高、速度快以及適用的類型比較多等優(yōu)點，具體工作如下：①討論了適合在主動SHMS中激勵和接收Lamb波的激勵傳感器。傳統(tǒng)的超聲波發(fā)生裝置體積龐大、安裝復雜，不適合在分布式智能結(jié)構(gòu)中廣泛應用。而壓電晶體激勵傳感器具有價值低廉、體積小、質(zhì)量輕并且抗干擾

3、能力強等優(yōu)點，非常適合在主動SHMS中應用。②因為Lamb波具有多種模式，本文通過對Lamb波探傷模式的研究，分析了利用A0模式的Lamb波進行單模式探傷代替以往的多模式多次探傷的可行性。③根據(jù)以上的理論分析，構(gòu)造了利用附在金屬板上的壓電激勵器在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生A0模式的Lamb波，并通過嵌入或附著在結(jié)構(gòu)中的壓電傳感器進行接收的實驗架構(gòu)。④使用Mindlin板理論和有限差分法對Lamb波傳播進行了仿真研究。⑤提出了一種基于TDOA模型的損傷定