基于Lamb波与时频分析的复合材料结构损伤监测和识别
基于Lamb波的复合材料板二维损伤定位技术研究
Ｚ ＨＡＮＧ Ｌ－ ｈ ｏ ＣＨＥ ａ － ｕ ， ＩＪａ — ｎ， ＨＥＮ Ｗ ｅ — ｕ ， Ｉ ｉ ｉｓａ ， Ｎ Ｈｕ ｎ ｇ ｏ Ｌ ｉｎ ｍｉ Ｃ ｎ ｈ ａ Ｔ ＡＮ Ｌ
【 摘 要 】 出一种检测结构二维损伤十字交叉定位的方法， 提 利用 Ｍ ｒ ｔ ｏ ｅ 小波变换技术， ｌ 研究了复合 材料层合板 结构 的损伤振动检 测问题 。根据绘制 出的频散 曲线 ， 选择合适的激励频 率和周期 。通过传感 器 采 集到 的结构动 态响应信号 （ｏ ） ＴＶ 和实际群速 度 ； 然后根据 损伤飞 行 时间和 Ｌｍ ａ ｂ波实际群速度 ， 计算损伤 的横纵 坐标值 ， 伤进行 象限判断， 对损 消除损伤 位置判断误差 。结 果表 明， 计算损伤位置和 实际损伤位置相对误差在 １ ％左右， 该方法得到的位置信息是可靠的。
ｅ ｈ ｄ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｗ ｈ ｔ ｅ ｒ ｌ ｖ ｒｏ ｅｗｅ ｎ ａ ｕ ｌｄ ｍａ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ａ ｃ ｌ ｄ ｄ ｍａ ０ ｍ ｔ ｏ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｈｏ ｔ ａ ｈ ｅａ ｉ ｅｅ ｒ ｒｂ ｔ ｅ ｔ ａ ａ ｇ ｏ ａｉ ｎ ａ ｄ ｃ ｌ ｕ ａｅ ａ ｇｅ Ｚ ｃ ｔ ｔ ｃ ｔ ｔ
ｔ ｎｉ ｂ ｌｗ １ ｗ ｉ ｃｔ ｎｉ ｏｍ ｔ ｎｏ ｔｉ ｄｗｔ ｉ ｍ ｔｏ ｌ ｂｅ ｉ ｅｏ ％． ｈｃ ｌ ａｉ ｆ ｒ ａｉ ｂａｎ ｉ ｔｓ ｅ ｈｄｉ ｒ ｉ ｌ ｏ ｓ ｈｏ ｏ ｎ ｏ ｅ ｈｈ ｓｅａ ．
Ｋｅ ｏｒ ｙＷ ｄｓ： ｍ ｂ Ｗ ａ ｅ； ｓ ｅ ｓｏ Ｌａ ｖ Ｄｉｐ ｒ ｉ ｎ Ｃｕｒ ｅ； ｏ ｌ ｉｙ； ａ ｅＴｒ ｎｓｏｒ ａ ｉ ｎ； ｖ Ｇｒ ｕｐ Ｖｅｏｃｔ Ｗ ｖ ａ ｆ ｍ ｔｏ Ｄａｍａｇ － ｅＬｏ ｃ ｉ ｎ ａｔｏ
复合材料板结构的损伤监测方法[发明专利]
![复合材料板结构的损伤监测方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2d8def3d360cba1aa911dae0.png)
专利名称：复合材料板结构的损伤监测方法专利类型：发明专利
发明人：卿新林,高丽敏,袁慎芳,邱雷
申请号：CN201410158828.X
申请日：20140421
公开号：CN104181230A
公开日：
20141203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种复合材料板结构的损伤监测方法，属于复合材料板结构的损伤监测技术领域，为解决现有方法效率低、精度差、无法对多损伤同时识别等问题而设计。
本发明复合材料板结构的损伤监测方法是基于压电元件和Lamb波的损伤监测方法，该方法使用损伤因子法对待监测复合材料板结构进行损伤位置的预判断，然后对预判存在有损伤的区域进行成像以确定损伤的准确位置。
本发明复合材料板结构的损伤监测方法能够节省大量的监测时间，提高了监测效率，可实现多损伤的定位，增强了对损伤数量和位置判断的准确性。
申请人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心,中国商用飞机有限责任公司地址：102211 北京市昌平区昌平镇超前路9号301室
国籍：CN
代理机构：北京品源专利代理有限公司
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基于Lamb波结构损伤诊断的量化评估实验研究
基于Lamb波结构损伤诊断的量化评估实验研究綦磊;朱峤;孙立臣;郎冠卿【摘要】基于Lamb波结构损伤诊断技术开展相对量化评估层面的实验研究.基于环形单发射—多接收(STMR)阵列,通过数值计算验证了基于导波结构损伤诊断技术在定位识别技术层面的准确有效;针对诊断因子(DF)作为结构损伤相对量化评估有效参数的可行性进行分析,并通过模拟预置3种不同程度大小的损伤进行实验验证.实验结果表明:通过比较不同工况下判定损伤处对应诊断因子的数值大小,即可对结构损伤的相对严重程度进行量化对比分析,具有较好的工程应用前景.%Experimental research on relative quantitative evaluation is developed based on Lamb wave structural damage diagnosis technology. Based on circular single transmitter multi-receiver(STMR)array,accuracy and effectiveness of Lamb wave-based structural damage diagnosis technology in localization recognition is verified by numerical calculation.Feasibility of diagnostic factor(DF)taken as effective parameter of relative quantitative evaluation for structural damage is analyzed.Experimental verification is presented by presetting three different sizes of damages.Experimental results show that quantitative comparative analysis on relative severity of damage is carried out by comparing value of DF at damage position under different working condition,it has good prospects for engineering application.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】4页(P22-25)【关键词】结构损伤诊断;单发射—多接收阵列;诊断因子;量化评估【作者】綦磊;朱峤;孙立臣;郎冠卿【作者单位】北京卫星环境工程研究所,北京100094;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;北京卫星环境工程研究所,北京100094;北京卫星环境工程研究所,北京100094【正文语种】中文【中图分类】TG115.20 引言在航天器的服役过程中，许多基本的组成构件均长时间经历各种形式的疲劳、磨损、腐蚀、过载等恶劣工况，成为导致结构整体力学性能下降甚至发生失效破坏的重要原因。
基于Lamb波的复合材料多损伤定位方法研究
基于Lamb波的复合材料多损伤定位方法研究
赵竹君;方鹏亚;闫兰兰
【期刊名称】《郑州航空工业管理学院学报》
【年(卷),期】2024(42)3
【摘要】针对航空航天用碳纤维增强树脂基复合材料多损伤问题,研究一种损伤方向算法与椭圆轨迹算法相结合的损伤定位方法。
首先,根据Lamb波在板中的传播
特性,提出一种基于PZT结的损伤方向算法,运用方向算法找到Lamb波在损伤位置发生散射后的若干传播方向,再通过传播方向的交点来实现多损伤位置的初步判定。
其次,运用椭圆轨迹算法,实现多损伤位置的进一步判定。
最后,在碳纤维增强树脂基复合材料薄板上对该方法进行实验验证,选用希尔伯特黄变换的信号处理技术实现
对损伤散射信号到达时间的提取。
实验结果表明,该损伤定位方法能够对复合材料
多损伤位置进行有效定位。
【总页数】9页(P30-38)
【作者】赵竹君;方鹏亚;闫兰兰
【作者单位】郑州航空工业管理学院航空发动机学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH145.9;TB332
【相关文献】
1.基于Lamb波群速度修正的复合材料结构损伤定位
2.基于Lamb波的复合材料
板二维损伤定位技术研究3.基于Lamb波和支持向量机的复合材料损伤定位研究
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5.基于Lamb波的铝板损伤定位检测方法
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Lamb波与瞬时相位技术在损伤识别中的应用
发展 ， 有 自诊 断 、 具 自修复 、 自适应 功 能 的智 能化 飞 行器结 构技 术倍 受重 视［ 。复合 材料 已在航 空航 天 】 ］
设信号 ｃ￡可 以写为 （）
Ｃ￡ （）＝ ａ ｔ ｃ ｓ （） （） ｏ （ ｆ ） （） １
飞行器 结构 上得 到 了广泛应 用 。 因此 ， 复合 材料 的健 康监控 技术 是航 空界关 注 的焦 点 。结构健 康监控关
厂——————■＝一 ＿
ａ（）一 √ｃ （）＋ ｆ （ ￡ ‘幻
（） ４
果 信号 中隐含 损伤 信 号 信息 的话 ， 瞬 时相 位一 定 其 隐 含着原 信号 中的 损伤信 息［５ 文章首 先是从 数字 ４］ －。
仿真 开始 ， 明在信 号 中混 入损 伤信号后 ， 瞬时相 说 其 位 的变化 规律 ； 然后 ， 在复 合材料 板 中利 用真实 的损 伤 ， 据仿 真 中的规律 ， 根 分析 Ｌ ｍｂ波信 号损 伤前后 ａ
Ｈｉ ｅｔ ｌ ｒ 变换 ￡为 ｂ （）
全 隐患 的进 一 步发 展 ， 保证 结 构 的安全 和 降低 维 修
费 用 。
ｃ 一 Ｐ （ ｊ ｔ ’ 二
其中： Ｐ表示 柯西 积分 。 ｆ￡的解 析 函数 表达 式为 （） （） ｆ
（ ）一 ｃ ￡ ｆ （）＋ ｉ（）一 １（） ｃｔ ２￡ｅ‘ （） ３
截至 频率 。 本文 试验利 用 窄带激励 ， 数据 分 析中不 需 要确 定模式 的阶数 。 主 动监 测 系统 的基本 思 想是 ： 用 驱 动器 在 复 采 合材 料 表 面激 发 主动 监测 信 号 ， 与此 同 时传 感 器 在 同一 表面 的其他 一个或 多个 地方 接收结 构 的响应信
基于Lamb波和匹配追踪方法的结构损伤定位
（ ｌ ｇ ｆＡｅｏ ｐ ｃ ｇｎ ｅｉ ｇ Ｃｏｌ ｅｏ ｒ ｓ ａ ｅＥｎ ｉｅ ｒｎ ，Ｎａ ｊ ｇＵｎｖ ｒｉ ｆＡｅｏ ａ ｔ ｓ＆ Ａｓｒ ｎ ｕ ｉｓ ｅ ｎ ｉ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉ ｎ ｙ ｃ ｔｏ ａ ｔｃ ，
Ｎａ ｊ ｇ，２ ０ １ ｎｉ ｎ １ ０ ６，Ｃｈｎ ） ｉａ
Ｌ ｍｂ的 弥散 效 应 与Ｃ ｉ ｌｔ 子 的调 频 斜 率 之 问 的 关 系 ， 明Ｃ ｉ ｌｔ 子 能 准 确地 匹 配 失真 变形 的 窄 带 脉 冲 ａ ｈｒ ｅ 原 ｐ 表 ｈｒ ｅ 原 ｐ
信 号 ， 能识 别 Ｌ ｍｂ波 的 模 态 ； 据 损 伤 前 与损 伤后 的信 号 差 ， 出 了一 种 可 以分 辨 多损 伤 散 射 信 号 的损 伤 定 并 ａ 根 提 位 方 法。 最后 通 过 数 值 仿 真 、 向 同性 板 结 构 实验 和 蜂 窝 夹层 复合 材料 结构 实验 ， 证 了该 方 法的 可 行 性 和 有效 各 验
第 ４ 卷 第 ２期 ３
２１ ０ １年 ４月
南
京
航
空
航
天
大
学
学
报
Ｖｏ１ ４３ Ｎｏ． ． ２
Ａ ｐｒ ２ １ ． ０１
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｎｉ ｇＵ ｎｖ ｒ ｉ ｆＡｅ ｏ ａ ｔ ｓ＆ Ａｓｒ ｎ ｕ ｉｓ ｏ ｒ ａ ｆＮａ ｊ ｉｅ ｓｔ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉ ｎ ｙ ｃ ｔｏ ａ ｔｃ
性
关键词 ： 构健康监测；ａ 结 Ｌ ｍｂ 波 ； 配 追 踪 方 法 ； ｉ ｌｔ 子 ； 伤 定 位 匹 Ｃｈｒ ｅ 原 ｐ 损
中图 分 类 号 ： Ｐ ｏ Ｔ ２６
文 献标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ５２ １ （０ １ ０一 １４０ １ ０—６ ５ ２ ｌ ）２Ｏ ８ －７
结构损伤的 Lamb 波相控阵检测方法
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问题焦点
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问题焦点
除信号频率的影响外 探头性能影响因素： 主要取决于晶片数量、晶片长度和晶片间距
N：线性阵列晶片个数 w：单个压电片阵元宽度 l ：单个压电片阵元长度 e ：阵元间的间距空隙 a ：阵元与阵元间中心距
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问题焦点
声束聚焦原理
时间延迟由两边向中间递增时，中间阵元激励传播的时间最短，又因为左右对称性，所以波束聚焦在对称轴上。 时间延迟右左向右递增时，最右阵元激励传播时间最短，波阵面在边线处叠加。
相控阵探头发射激励→波在介质中传播并 超声相控阵检测的工作原理： 叠加→遇到损伤后反射→探头接受反射回 来的波动信号→根据相应的聚焦法则进行 延迟处理和叠加→定位并成像
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问题焦点
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问题焦点
由一组彼此独立的 PZT 单元所组成 超声相控阵探头： 独立地发射和接收超声波 控制不同的时间延迟→相位差异→具有 方向性聚焦的波阵面
Research on Structural Health Monitoring Technology Based on Ultrasonic Phased Array Theory
结构损伤的 Lamb 波相控阵检测方法
论文汇报
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问题焦点
超声相控阵损伤检测:
起源于军事中的相控阵雷达，二者都是基于 惠更斯原理实现的。一个发射和接收超声波 波束用于损伤检测，一个使性扫描
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问题焦点
动态深度聚焦
计算机控制电路激励相邻的16个阵元，逐渐向右变换激励阵元，激励延时一致，实现在不移动探头的 情况下，进行一定范围内检测。 采用垂直聚焦方法，通过控制激励延时来改变焦距，相对延时越大， 聚焦深度越浅。
基于Lamb波的薄壁槽状结构损伤检测研究
摘 要 ：研究复杂工程结构的结构健康监测技术具有现实意义。使用基于 Ｌｍ ａ ｂ波的仿真和实验方法， Ｕ 形 对“ ”
截面的铝合金构件中的损 伤检测问题进行了研究 。建 立 了构 件 的三维有 限元模型并 实现 了 Ｌ ｍ ａ ｂ波传 播过程 的动态仿 真； 实验 中使用锆钛酸铅压 电晶片（ Ｚ ａ ｒ来激发和接收在构件 中传播 的 Ｌ ｍ Ｐ Ｔｗ ｆ ） ｅ ａ ｂ波 。借助于连续小波变换（ ＷＴ 和希 Ｃ ） 尔伯特变换 （ Ｔ 等方法对仿真和实验 中采集到的 Ｌ ｍ Ｈ ） ａ ｂ波信号进行处理 ， 中提取 了与损伤有关 的时域特征 ， 从 建立 了损 伤位置和损伤反射波包飞行时间 （ ｏ ） 间的定量关 系。 ＴＦ 之
Ｃ ａ ｎ ｌｉｅａｕ ｉｉｍ ａ ｏ ｔ ｃｕｅ ｅｅｅａｕｔｄｉ ｅ ｆｂｔ ｎ ｅｅｅ ｎ ｅ ｏ Ｆ Ｍ）ａ ｄｅｐ ｒ ｎ— ｈ ｎ ｅ—ｋ ｌｍ ｎｕ ｌ ｙｓ ｕ ｔｒｓ ｒ ｖｌａ ｎｔｒ ｏ ｏ ｆ ｉ ｌ ｌ ｌ ｒ ｗ ｅ ｍｓ ｈｉ ｔ ｍｅｔｍ ｔ ｄ（ Ｅ ｈ ｎ ｘ ｅ ｍｅｔ ｉ
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基 于 Ｌ ｍｂ波 与 时频 分 析 的 复 合 材 料 结构 损 伤 监 测 和 识 别 ａ
Ⅲ
南
严 刚 周 丽 孟 伟 杰
（ 京 航 空 航 天 大 学 航 空 宇 航 学 院 ， 京 ，１ ０ ６ 南 南 ２０１ ）
京№
摘 要 ： 用 将 Ｌ ｍｂ波 和 时 频 分 析 相 结 合 的 方 法 ， 采 ａ 对碳 纤 维 增 强 复 合 材料 层 板 结 构 进 行 在 线 的 连 续 监 测 。首 先研
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｎ ｏｎｌｎ ａｍ ａ ｅ ｅ ｔｏ ｎｄ ｉ ｎ ｉｉ ａ ｉ ｅ ｈｏ ｓｐｒ ｓ ｎｔ ｄ ｕ ｉ ｇ Ｌａ ｂ ｗ ａ ｅ ａ ｄ ｔｍ ｅ ｓｒ ｃ ： ｉｅｄ ｇｅ ｄ ｔ ｃ ｉ ｎ ａ ｄｅ ｔｆｃ ｔｏｎ ｍ ｔ ｄ ｉ ｅ ｅ ｅ ｓ ｎ ｍ ｖ ｎ ｉ —
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究 Ｌ ｍｂ波 在 复 合 材 料 层 板 结 构 中 的传 播 问题 ， 用 Ｍｉｄｉ 理 论 建 立 了低 阶 反 对 称 Ｌ ｍｂ波 在 各 向 异 性 复 合 ａ 利 ｎｌ ｎ板 ａ
材 料 层 板 中随 传 播 角 变化 的 频 散 关 系 ； 后 用 小 波 变 换 对 由压 电传 感元 件 激 励 和 接 收 的 Ｌ ｍｂ波 信 号 在 时频 域 然 ａ
关键词 ： 结构 健 康 监 测 ； 伤 识 别 ； ａ 损 Ｌ ｍｂ波 ； ｉ ｌ Ｍ ｎ ｉ 理论 ； ｄ ｎ板 时频 分 析 ； 传 算 法 遗 中 图 分 类 号 ： １． Ｖ２ ４ ８ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５２ １ （０ ７ ０ —３ ７０ １０ —６ ５ ２ ０ ） ３０ ９—６ ・
维普资讯
第 ３ 卷第 ３ ９ 期
２０ ０ ７年 ６月
空 航Hale Waihona Puke 天大学学
报
１ ９ Ｎ ｏ． ．３ ３
Ｕ ｎｉｅ ｓ ｔ ｆＡｅｏ ａ ｔ ｓ＆ Ａｓｒ ｎ ｕ ｉｓ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｒ ｎ ｕ ｉ ｃ ｔｏ ａ ｔｃ
Ｊ ｎ．２ ０ ｕ ０７
航
进 行 分 析 ， 取 特 征 信 息 ， 量 出Ｌ ｍｂ波 在 结 构 中 实 际传 播 的 飞行 时 间 和群 速 度 ， 与 理 论 结 果 相 比较 ； 此基 提 测 ａ 并 在 础 上 结 合 理 论 与 实 际量 测 信 息 ， 虑 各 向 异 性 对 Ｌ ｍｂ波 速 度 的 影 响 ， 用遗 传 算 法 确 定 损 伤 位 置 ， 估 算 损 伤 考 ａ 使 并 尺 寸 。 实验 研 究 表 明 了本 文 方 法 的 可 应 用 性 和 有 效 性 。