基于Lamb波相控阵全域波束形成及局部时反的损伤成像方法研究
发布时间：2023-11-12 18:40
超声Lamb波具有传播距离远、衰减小和对微小损伤敏感等特点,被广泛应用于航空航天、核电站、汽车船舶等领域的结构健康监测。但是,Lamb波固有的频散及多模态特性,对结构中损伤成像定位的精度产生很大影响。因此,基于Lamb波精确定位损伤的成像方法研究成为了结构损伤检测的研究重点。本文采用超声Lamb波方法对金属薄铝板中的损伤进行成像定位研究,从理论角度分析了Lamb波在板状结构中的传播特性,并提出了改进的线性映射频散补偿方法。采用Winger-Ville时频分布(WVD)分析采集的结构响应信号,并基于无参考的方法提取出损伤散射信号。然后,基于Lamb波相控阵延迟-叠加成像方法全域、快速判断铝板中损伤的存在区域;最后,将已定位的损伤区域作为目标区域,基于频率-波数(f-k)域时间反转成像方法实现对局部损伤的精确分析。通过数值仿真与实验两方面对Lamb波检测铝板损伤结果的对比,验证了本文提出的损伤检测方法的有效性,为实际的工程结构损伤检测提供了理论指导。本文研究的具体工作安排如下:首先,介绍了基于超声Lamb波的损伤检测方法在结构健康监测领域的研究背景和意义,回顾了Lamb波在频散补偿方面的研...
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 课题来源
1.3 研究背景和意义
1.4 超声导波阵列成像技术研究现状
1.4.1 导波相控阵成像技术研究现状
1.4.2 时间逆转成像技术研究现状
1.5 Lamb波频散特性及信号处理方法的研究现状
1.5.1 Lamb波频散特性的研究现状
1.5.2 Lamb波信号处理的研究现状
1.6 本文的主要工作及安排
第二章 超声Lamb波传播特性及信号处理方法
2.1 引言
2.2 结构中Lamb波的传播特性
2.2.1 结构中Lamb波的传播
2.2.2 Lamb波频散方程及其数值解
2.3 Winger-Ville变换(WVD)信号处理方法
2.3.1 Winger-Ville变换(WVD)
2.3.2 时频脊线
2.3.3 时频脊线的提取
2.3.4 基于时频脊线的信号滤波与重构
2.4 基于群延时的线性映射频散补偿法
2.4.1 Lamb波的频散效应
2.4.2 传统线性映射的频散补偿法
2.4.3 基于群延时的线性映射频散补偿法
2.5 本章小结
第三章 Lamb波相控阵波束形成及成像和时反损伤成像方法
3.1 引言
3.2 Lamb波导波相控阵波束形成及成像方法
3.2.1 延时-叠加波束形成
3.2.1.1 近场与远场的区别
3.2.1.2 圆形波前波束形成(近场)
3.2.1.3 平面波前的波束形成(远场)
3.2.2 相控阵波束形成及成像原理
3.3 频率-波数域时间逆转成像原理
3.3.1 Mindlin板理论
3.3.2 散射波场的逆推重构
3.3.3 入射波场的构建
3.3.4 互相关条件
3.4 本章小结
第四章 Lamb波铝板损伤检测的数值模拟
4.1 引言
4.2 有限元模拟的建立
4.2.1 COMSOL软件简介
4.2.2 模型简化
4.2.3 模型参数的设定
4.2.4 模型载荷及边界条件
4.2.5 网格划分及步长设置
4.3 基于群延时的线性映射频散补偿法的数值仿真研究
4.3.1 二维模型的建立
4.3.2 Winger-Ville时频脊线的提取
4.3.3 基于时延脊线的频散去除
4.4 Lamb波损伤定位的数值模拟
4.4.1 超声Lamb波在板中的传播
4.4.2 Mindlin板理论合理性的仿真验证
4.4.3 结构中损伤散射信号的提取
4.4.4 基于全域-局部损伤定位的仿真结果分析
4.4.4.1 阵列波束形成讨论
4.4.4.2 成像结果误差定义
4.4.4.3 模型Ⅰ分析
4.4.4.4 模型Ⅱ分析
4.5 本章小结
第五章 Lamb波铝板损伤检测的实验研究
5.1 引言
5.2 实验平台的搭建
5.2.1 材料参数及损伤的设置
5.2.2 实验设备的介绍
5.2.3 实验中试件铝板取点设置
5.3 实验数据处理与分析
5.3.1 基于时频脊线方法重构信号
5.3.2 SPWVD时频分析
5.4 实验结果与分析
5.4.1 缺陷类型Ⅰ的成像结果分析
5.4.2 缺陷类型Ⅱ的成像结果分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3863722
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 课题来源
1.3 研究背景和意义
1.4 超声导波阵列成像技术研究现状
1.4.1 导波相控阵成像技术研究现状
1.4.2 时间逆转成像技术研究现状
1.5 Lamb波频散特性及信号处理方法的研究现状
1.5.1 Lamb波频散特性的研究现状
1.5.2 Lamb波信号处理的研究现状
1.6 本文的主要工作及安排
第二章 超声Lamb波传播特性及信号处理方法
2.1 引言
2.2 结构中Lamb波的传播特性
2.2.1 结构中Lamb波的传播
2.2.2 Lamb波频散方程及其数值解
2.3 Winger-Ville变换(WVD)信号处理方法
2.3.1 Winger-Ville变换(WVD)
2.3.2 时频脊线
2.3.3 时频脊线的提取
2.3.4 基于时频脊线的信号滤波与重构
2.4 基于群延时的线性映射频散补偿法
2.4.1 Lamb波的频散效应
2.4.2 传统线性映射的频散补偿法
2.4.3 基于群延时的线性映射频散补偿法
2.5 本章小结
第三章 Lamb波相控阵波束形成及成像和时反损伤成像方法
3.1 引言
3.2 Lamb波导波相控阵波束形成及成像方法
3.2.1 延时-叠加波束形成
3.2.1.1 近场与远场的区别
3.2.1.2 圆形波前波束形成(近场)
3.2.1.3 平面波前的波束形成(远场)
3.2.2 相控阵波束形成及成像原理
3.3 频率-波数域时间逆转成像原理
3.3.1 Mindlin板理论
3.3.2 散射波场的逆推重构
3.3.3 入射波场的构建
3.3.4 互相关条件
3.4 本章小结
第四章 Lamb波铝板损伤检测的数值模拟
4.1 引言
4.2 有限元模拟的建立
4.2.1 COMSOL软件简介
4.2.2 模型简化
4.2.3 模型参数的设定
4.2.4 模型载荷及边界条件
4.2.5 网格划分及步长设置
4.3 基于群延时的线性映射频散补偿法的数值仿真研究
4.3.1 二维模型的建立
4.3.2 Winger-Ville时频脊线的提取
4.3.3 基于时延脊线的频散去除
4.4 Lamb波损伤定位的数值模拟
4.4.1 超声Lamb波在板中的传播
4.4.2 Mindlin板理论合理性的仿真验证
4.4.3 结构中损伤散射信号的提取
4.4.4 基于全域-局部损伤定位的仿真结果分析
4.4.4.1 阵列波束形成讨论
4.4.4.2 成像结果误差定义
4.4.4.3 模型Ⅰ分析
4.4.4.4 模型Ⅱ分析
4.5 本章小结
第五章 Lamb波铝板损伤检测的实验研究
5.1 引言
5.2 实验平台的搭建
5.2.1 材料参数及损伤的设置
5.2.2 实验设备的介绍
5.2.3 实验中试件铝板取点设置
5.3 实验数据处理与分析
5.3.1 基于时频脊线方法重构信号
5.3.2 SPWVD时频分析
5.4 实验结果与分析
5.4.1 缺陷类型Ⅰ的成像结果分析
5.4.2 缺陷类型Ⅱ的成像结果分析
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文
本文编号：3863722
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3863722.html
