去除Lamb波频散的线性映射法

Lamb波常被用于板壳结构的无损检测,然而Lamb波的频散效应会导致板中损伤反射信号的渡越时间信息无法准确提取,因而影响损伤定位及成像的精度。本文引入线性映射方法,用线性频率-波数关系取代原有非线性的频散关系,从而去除激励中心频率附近的频散效应。分别采用数值模拟和实验的方法分析了频散去除的效果,进而结合相控阵成像算法对金属板中的损伤进行成像研究。结果表明,利用线性映射法去除频散可以显著提高含损伤散射信号的信噪比,提升相控阵损伤成像方法对损伤定位的准确性。     

Lamb波稀疏阵列CFRP层合板损伤成像检测

针对Lamb波阵列成像方法检测复合材料板时存在偏斜效应、频散及密集阵列成像分辨率低的问题,本文采用引入偏斜角修正的相位延迟叠加方法结合最小冗余度线性阵列（MRLA）实现了碳纤维增强复合材料（CFRP）层合板损伤的准确成像检测。根据Lamb波单一模态的波数曲线计算各方向的偏斜角,确保成像中损伤所在方位角的准确性;在频域中对每个频率成分进行相位延迟以弥补频散,确保成像中损伤所在位置的精度;利用MRLA设计十字型稀疏阵列,既降低了阵列成本,又保证损了伤成像质量。数值模拟成像结果验证了本文提出方案的有效性,实验成像结果凸显了十字型稀疏阵列在节约阵列成本、提高损伤空间分辨率方面的优越性,对工程实践中CFRP板结构的损伤检测具有一定的指导意义。     

Lamb波理论及层合板冲击损伤的实验研究

从理论上分析了板中Lamb波信号的传播特性,并给出Lamb波在板中传播的频散方程。理论分析及实验均表明,Lamb波的频散特性与复合材料结构损伤有着直接的联系,而且最低阶的对称和反对称Lamb波模态对层合板的损伤比较敏感,但应用Lamb波的频散效应监测结构的损伤在检测技术上还难以实现。根据板中导波形成Lamb波的共振原理,板中应力波的幅频特性很大程度上反映了Lamb波的谐振特征。因此,利用压电元件的压电阻抗谱分析应力波的各阶模态频率及振幅对结构损伤的变化,能够反映材料内部损伤与Lamb波的频散特性。文中针对表面粘贴压电元件的层合板智能结构,建立了包含Lamb波谐振模式的压电阻抗计算模型。冲击损伤试件的实验表明,由于结构损伤的出现压电阻抗谱中的模态频率及其阻抗幅值等特征信息将发生变化。因此,引入应力波损伤因子可以对结构冲击损伤的存在和程度进行初步评价。该方法基于结构的机-电动态阻抗特性,不受结构的几何形状限制,测试用的压电元件成本低,方法简单可行,有望在智能结构的健康诊断方面获得应用。     

Lamb波频域逆散射全聚焦成像方法研究

Lamb波因其传播距离远、衰减小常被用于板状结构的无损检测中,在基于Lamb波损伤检测的诸多成像技术中,全聚焦方法(Total Focus Method,TFM)方法因其成像分辨率高、信噪比高而受青睐.然而Lamb波的频散效应导致时域延时量不能被准确计算,进而影响传统TFM方法对损伤定位及成像的精度;此外,既有的TFM...     

基于Mindlin板理论的偏移损伤成像数值仿真研究

提出了一种应用散射Lamb波的偏移技术对板结构中多部位损伤进行实时识别. 基于Mindlin板理论,推导了板结构中弥散性弯曲波频率-波数域的快速偏移方法. 首先对由线性传感器阵列激励和接收到的入射和散射波场在波数-频率域分别进行延拓,然后根据Huygens原理,结合波场延拓的时间一致性原理施加成像条件,对损伤进行成像识别. 数值仿真研究采用基于Mindlin板理论的有限差分法模拟结构中含不同形状及尺寸损伤时的散射波场. 对模拟散射波场进行偏移成像的结果表明该方法不仅能够识别多部位损伤的位置,还具有识别损伤程度的能力,其快速计算的优点满足在线结构健康监测系统对实时性的要求.      

基于频率-波数域偏移的损伤被动成像识别研究

提出了一种应用Lamb波对板结构中多部位损伤源进行被动成像识别的方法.基于Mindlin板理论,推导了板结构中弥散性Lamb波频率-波数域的快速偏移方法,结合爆炸成像原理,对损伤源发出的Lamb波信号进行回传成像.由于损伤源的发生时刻未知,将使用不同假设发生时刻(即不同长度)的Lamb波信号生成一系列图像,通过最小熵原理从中确定最优图像,识别出损伤源的位置和发生时刻.进行了数值仿真研究来表明所提出方法的有效性.     

基于匹配追踪算法的复合材料冲击损伤成像技术

基于Lamb波和匹配追踪算法,提出了一种损伤成像方法,对复合材料冲击损伤进行在线的连续 监测。首先针对Lamb波监测的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,将信号分解为多个Chirplet原 子的线性组合,建立了Lamb的弥散效应与Chirplet原子的调频斜率之间的关系,模拟结果表明Chirplet原 子能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号;根据损伤前与损伤后的信号差别,提出了一种基于Lamb波能量 特征差异提取的损伤指标;进一步采用改进的RAPID算法进行损伤成像,将损伤情况可视化。结果表明所 提方法可行和有效。     

基于时间反转法的Lamb波检测技术的研究进展

Lamb波具有传播距离远、衰减小等特点,已被广泛应用于大型板类结构的损伤检测。时间反转是实现超声波聚焦的有效方法之一。本文回顾并总结了近20年来时间反转方法在Lamb波检测领域中的研究进展。针对Lamb波固有的频散和多模态等传播特性,详细论述了时间反转法在板结构Lamb波检测中的应用。最后对基于时间反转法的免基准信号Lamb波损伤检测方法进行了总结,分析其存在的问题并对其应用前景进行了展望。     

基于Lamb波频散特性的薄板声发射源定位方法研究

声发射源时差定位方法中波速的确定是定位准确的关键问题,根据模态声发射理论,声发射信号在薄板内的传播过程中具有频散现象和多模态特性.不同频率不同模态的声波其传播速度不同.基于Lamb波频散特性和声发射检测技术,采取时频联合分析方法对铝薄板中声波模式进行识别;利用低频段频散不明显的扩展波的波速和同一频率同一模态波到达两传感器的时间差来实现声发射源的准确定位;通过铝薄板中AE源定位实验表明,采用S0模式,即扩展波的波速进行定位计算,可以比较准确地确定声发射源的位置,而且理论值与实际值相差很小.     

基于小波分析的超声导波管道裂纹检测方法研究

利用LS-DYNA970动态有限元分析软件对考虑横应变下的管道纵向超声导波损伤检测进行了数值模拟,分析了不同的激发频率对管道中导波频散现象的影响.选择适当的尺度和小波基函数,利用小波变换实现了对微弱且无法直接观测的缺陷检测信号的识别.同时通过时频分析研究了噪声信号在检测信号中的分布规律,并运用小波包分解和重构算法将信噪分离,实现高噪条件下管道微缺陷的损伤识别.     

兰姆波测试信号的数字滤波处理

为了增加兰姆波测试信号特征提取的精度,降低噪声的影响,信号的预处理是必要的.本文采用一发一收兰姆波测试技术,在含有人工槽型缺陷的3mm厚铝板上进行了实验.选择带通无限长脉冲响应滤波器对兰姆波信号进行降噪.考虑到兰姆波的激发频率为250kHz,ⅡR滤波器的通带设置为160～330kHz.采用Hilbert变换获取滤波后信号的包络,结果显示,与滤波前兰姆波信号的包络相比,滤波后信号的包络更加平滑和清晰,各个波包的峰值可以唯一确定,为后续兰姆波信号的走时提取提供了方便.在此基础上,根据入射波与S0反射波峰值之间的时间间隔计算S0模式的群速度,结果与理论值较为接近,由此显示了滤波处理在兰姆波测试信号分析中的重要作用.     

Propagation behaviour of guided waves in tapered sandwich structures and debonding identification using time reversal

Fundamental symmetric and anti-symmetric Lamb wave modes are characterised in terms of their velocity and magnitude variation as they encounter a gradual change in the thickness of a composite sandwich plate with a high density foam core (Dyvinicell HP100). Wave mode selection is optimised to enhance the sensitivity of guided waves for debonding inspection of tapered sandwich structures, and the conversion in wave modes after interaction with the taper is also studied. A taper change in the sandwiched structure can induce a clear change in the wave magnitude when the guided waves are excited at relatively low frequency (below around 150 kHz), while there is less effect on the velocity of the propagating waves. The effect of the taper on the signal magnitude and velocity is reduced when the excitation frequency is increased beyond 200 kHz. An imaging algorithm based on time reversal is developed to detect multiple debonding in tapered composite sandwich panels, using guided waves at different excitation frequencies ranging from 150 to 200 kHz, from an active sensor network. Correlation coefficients between the original and reconstructed time reversal signals are calculated to define a damage index for individual sensing paths, which are subsequently used in a fusion process to identify the presence of multiple debonded areas.     

板中正交静应力与任意方向兰姆波波速的关系

运用部分波分析法(或子波分析)理论推导了在正交静应力下,板中任意方向的Lamb波的频散方程,给出了任意方向Lamb波波速、正交静应力和频率之间的关系. 进行了数值计算并讨论了对称方向的Lamb波波速对单向静应力的依赖关系,为将Lamb波用于应力测量提供了理论依据.