專利名稱：用于復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的Lamb波損傷概率成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種概率成像方法，尤其涉及一種用于復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的 Lamb波損傷概率成像方法，屬于復(fù)合材料板類工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
先進(jìn)復(fù)合材料已在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)和使用過程中不可避免地會(huì)發(fā)生損傷。為了能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)這些可能存在的損傷，并判斷損傷的位置、確定損傷的程度，所以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)作為一種在線、實(shí)時(shí)、快速的損傷檢測(cè)方法成為了當(dāng)前關(guān)注的一大熱點(diǎn)，其中，基于Lamb波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方法以其能對(duì)飛機(jī)機(jī)翼等大面積結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)而受到日益關(guān)注。使用Lamb波對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線健康監(jiān)測(cè)有一個(gè)重要特點(diǎn)，就是可以發(fā)展損傷成像方法將結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行實(shí)時(shí)的可視化，為確定損傷位置、識(shí)別損傷程度提供一種快速直觀的途徑?，F(xiàn)有的多種損傷成像算法，主要包括相控陣法、時(shí)間反轉(zhuǎn)法以及偏移法等。這些方法對(duì)信號(hào)質(zhì)量的要求普遍比較高，都需要對(duì)損傷前后的信號(hào)進(jìn)行相減以得到損傷的散射信號(hào)，再通過多種信號(hào)處理手段來得到損傷的圖像，圖像精度與清晰度不高。同時(shí)這些成像算法往往因?yàn)橛?jì)算量過大而需要過多的時(shí)間進(jìn)行信號(hào)分析及損傷識(shí)別，難以滿足結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在線、快速的要求。因此目前在主動(dòng)Lamb波結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)中采用常規(guī)的設(shè)備和方法難以獲取損傷的成像圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提出一種速度快、效果好的用于復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的Lamb波損傷概率成像方法。該方法包括如下步驟步驟1 采集復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)，具體步驟如下步驟1-1 在復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)上布置由η個(gè)壓電元件組成的激勵(lì)/傳感陣列，η取 10 20，η為自然數(shù)；步驟1-2 選定步驟1-1中激勵(lì)/傳感陣列中的一個(gè)壓電元件作為激勵(lì)器，通過信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，將Lamb波窄帶信號(hào)加載到選定的激勵(lì)器上激發(fā)激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)選定激勵(lì)/傳感陣列中的另一個(gè)壓電元件作為傳感器來采集結(jié)構(gòu)響應(yīng)；步驟1-3 將復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)完好狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為基準(zhǔn)信號(hào)，將損傷狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為監(jiān)測(cè)信號(hào)，依次選定激勵(lì)/傳感陣列中的壓電元件作為激勵(lì)器，獲得所有激勵(lì)/傳感路徑上的基準(zhǔn)信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)；步驟2 提取小波變換的激勵(lì)/傳感路徑損傷特征，具體內(nèi)容如下對(duì)步驟1得到的基準(zhǔn)信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)分別進(jìn)行小波變換，提取信號(hào)主要頻帶的局部時(shí)間-能量密度；
根據(jù)提取的局部時(shí)間-能量密度確定所有激勵(lì)/傳感路徑的損傷指標(biāo)，當(dāng)激勵(lì)/ 傳感路徑上的監(jiān)測(cè)信號(hào)相比基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，則復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)中存在損傷，用損傷指標(biāo)來預(yù)測(cè)損傷位置；步驟3 =Lamb波損傷概率成像，具體內(nèi)容如下利用概率成像方法把復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)上的激勵(lì)/傳感陣列監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分成一個(gè)個(gè)點(diǎn)的集合，將所有激勵(lì)/傳感路徑上的點(diǎn)的損傷存在概率值進(jìn)行線性疊加，即得到復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的損傷圖像。技術(shù)效果1、本發(fā)明能快速有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別，保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在使用過程中的安全性。2、本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)過程中無需更改或增加設(shè)備和參數(shù)，利用現(xiàn)有的硬件設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)。3、本發(fā)明中確定的損傷指標(biāo)能很好地表征結(jié)構(gòu)損傷前后Lamb波信號(hào)的特征差異，同時(shí)，該指標(biāo)的提取方法簡(jiǎn)單、快速，能有效地降低環(huán)境因素對(duì)損傷指標(biāo)準(zhǔn)確度的影響。4、本發(fā)明的損傷識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確、圖像清晰，能簡(jiǎn)單、快速地將結(jié)構(gòu)損傷位置和程度可視化，具有較好的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。


圖1為本發(fā)明中布置的激勵(lì)/傳感陣列及路徑示意圖。圖2為激勵(lì)/傳感路徑影響區(qū)域(橢圓分布)示意圖。圖3為激勵(lì)信號(hào)波形圖。圖4(a)、(b)分別為兩條激勵(lì)/傳感路徑的基準(zhǔn)和監(jiān)測(cè)信號(hào)波形圖。圖5(a)、(b)分別為圖4(a)、(b)的局部時(shí)間_能量密度圖。圖6為損傷識(shí)別圖像。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步說明。本發(fā)明方法具體包括如下步驟步驟1 采集復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)，具體步驟如下步驟1-1 在復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)上布置由η個(gè)壓電元件組成的激勵(lì)/傳感陣列，η取 10 20，η為自然數(shù)；步驟1-2 選定激勵(lì)/傳感陣列中的一個(gè)壓電元件Sj作為激勵(lì)器，通過信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，將Lamb波窄帶信號(hào)加載到選定的激勵(lì)器上激發(fā)激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)選定激勵(lì) /傳感陣列中的另一個(gè)壓電元件Si作為傳感器來采集結(jié)構(gòu)響應(yīng)；步驟1-3 將復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)完好狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為基準(zhǔn)信號(hào)，將損傷狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為監(jiān)測(cè)信號(hào)，依次選定激勵(lì)/傳感陣列中的壓電元件作為激勵(lì)器，獲得所有激勵(lì)/傳感路徑上的基準(zhǔn)信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)。步驟2 提取小波變換的激勵(lì)/傳感路徑損傷特征，具體內(nèi)容如下采用Gabor小波基函數(shù)對(duì)步驟1獲得的基準(zhǔn)信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)分別進(jìn)行小波變換，提取信號(hào)主要頻帶的局部時(shí)間-能量密度；根據(jù)提取的局部時(shí)間-能量密度確定所有激勵(lì)/傳感路徑的損傷指標(biāo)，當(dāng)激勵(lì)/ 傳感路徑上的監(jiān)測(cè)信號(hào)相比基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，則復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)中存在損傷，用損傷指標(biāo)來預(yù)測(cè)損傷位置。定義損傷指標(biāo)如下
權(quán)利要求
1.一種用于復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的Lamb波損傷概率成像方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟1 采集復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)響應(yīng)信號(hào)，具體步驟如下步驟1-1 在復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)上布置由η個(gè)壓電元件組成的激勵(lì)/傳感陣列，η取10 20，η為自然數(shù)；步驟1-2 選定步驟1-1中激勵(lì)/傳感陣列中的一個(gè)壓電元件(Sj)作為激勵(lì)器，通過信號(hào)發(fā)生器和功率放大器，將Lamb波窄帶信號(hào)加載到選定的激勵(lì)器上激發(fā)激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)選定激勵(lì)/傳感陣列中的另一個(gè)壓電元件(Si)作為傳感器來采集結(jié)構(gòu)響應(yīng)；步驟1-3 將復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)完好狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為基準(zhǔn)信號(hào)，將損傷狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為監(jiān)測(cè)信號(hào)，依次選定步驟1-1中激勵(lì)/傳感陣列中的壓電元件作為激勵(lì)器，獲得所有激勵(lì)/傳感路徑上的基準(zhǔn)信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)；步驟2 提取小波變換的激勵(lì)/傳感路徑損傷特征，具體內(nèi)容如下對(duì)步驟1得到的基準(zhǔn)信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)分別進(jìn)行小波變換，提取信號(hào)主要頻帶的局部時(shí)間-能量密度；根據(jù)提取的局部時(shí)間-能量密度確定所有激勵(lì)/傳感路徑的損傷指標(biāo)，當(dāng)激勵(lì)/傳感路徑上的監(jiān)測(cè)信號(hào)相比基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，則復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)中存在損傷，用損傷指標(biāo)來預(yù)測(cè)損傷位置；步驟3 =Lamb波損傷概率成像，具體內(nèi)容如下利用概率成像方法把復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)上的激勵(lì)/傳感陣列監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分成一個(gè)個(gè)點(diǎn)的集合，將所有激勵(lì)/傳感路徑上的點(diǎn)的損傷存在概率值進(jìn)行線性疊加，即得到復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的損傷圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的Lamb波損傷概率成像方法， 其特征在于所述步驟2中的小波變換采用Gabor小波基函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)的Lamb波損傷概率成像方法，屬于復(fù)合材料板類工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。該方法利用激勵(lì)/傳感陣列技術(shù)，通過加載Lamb波信號(hào)采集復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)完好狀態(tài)下的基準(zhǔn)信號(hào)和損傷狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)信號(hào)，然后采用小波分析手段，提取損傷的能量差異系數(shù)，并預(yù)測(cè)損傷的存在位置，最后利用概率成像方法獲得結(jié)構(gòu)損傷圖像。本發(fā)明能快速有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別，損傷識(shí)別精度高，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N29/06GK102353718SQ20111019227
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者嚴(yán)宏, 馮勇明, 周麗 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)