基于激光超声技术的层合结构无损检测方法研究

发布时间：2017-07-03 20:04

  本文关键词：基于激光超声技术的层合结构无损检测方法研究

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【摘要】：超声导波对结构内的损伤较为敏感,在衰减的情况下还可以传播较长的距离,被广泛的认为是复合材料损伤定量检测的最支持工具之一。激光超声检测技术是利用激光照射在结构表面时产生的热弹效应和烧蚀机制在结构中激发出超声导波进行结构检测,具有非接触式激励、检测空间分辨率高、对构件表面要求不高等优点,已成为无损检测领域的热点话题。层合材料的结构较为复杂,为了有效地检测其损伤,本文基于激光超声技术,对层合结构的损伤检测方法进行了深入的探讨和研究。首先,深入了解了激光超声技术的检测原理,对Lamb波的传播特性以及频散的特点进行了分析。在此基础上,对相应的信号处理手段(傅里叶变换和小波变换)进行了探讨和研究,实现了结构中Lamb波的波场分离以及基于能量图谱的结构损伤的可视化研究。其次,基于Lamb波的频散方程,利用一维短空间截断的方法,分析Lamb波波数信号随空间的变化规律,从而判断损伤的位置。在此基础上,探讨Lamb波波数与结构本身特性的关系,定量分析了铝板中损伤的严重程度,并对碳纤维复合材料的损伤程度进行了大致评估。最后,将基于波数分析的信号处理方法应用于二维空间,采用短空间傅里叶变换的方法,通过时域和频域的局部波数估计算法实现层合结构损伤的定位成像;通过对不同时刻的波场进行波数分析,根据不同波数所占的权值不同,采用波数域内加窗的方法滤除健康信号,并通过二维波场能量图实现损伤的定位成像。
【关键词】：激光超声技术 层合结构 Lamb波 波场分离 波数分析 无损检测
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB559;TN249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 课题的研究背景及意义15-16
• 1.2 激光超声检测技术的发展16-18
• 1.3 常用的激光超声传感元件18-19
• 1.4 Lamb波的传播特性19-20
• 1.5 激光超声信号处理方法20-22
• 1.5.1 时域分析20-21
• 1.5.2 频域分析21
• 1.5.3 综合时间-频率域分析21-22
• 1.6 本文的研究目标和内容安排22-24
• 第二章 激光超声检测技术24-39
• 2.1 引言24
• 2.2 激光超声检测技术基本原理24-26
• 2.2.1 激光超声的激发原理24-25
• 2.2.2 基于声场互易假设的波场成像25-26
• 2.3 Lamb波的传播特性26-32
• 2.3.1 单层介质中Lamb波的传播特性26-29
• 2.3.2 多层介质中Lamb波的传播特性29-32
• 2.4 激光超声检测系统的构成32-38
• 2.4.1 控制单元33-34
• 2.4.2 激励单元34-36
• 2.4.3 传感单元36-37
• 2.4.4 层合结构试验件37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 基于波场分离的损伤识别方法39-50
• 3.1 引言39
• 3.2 基于小波分析的信号提取方法39-41
• 3.2.1 小波变换39-40
• 3.2.2 小波提取信号实验40-41
• 3.3 基于傅里叶变换的波场分离方法41-45
• 3.3.1 傅里叶变换41-42
• 3.3.2 波场分离理论42-43
• 3.3.3 波场分离实验43-45
• 3.4 基于能量分布的损伤成像技术45-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 损伤深度对Lamb波传播特性的影响50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 基于傅里叶变换的波数分析50-51
• 4.2.1 波数分析理论50
• 4.2.2 Lamb波相速度的计算50-51
• 4.2.3 短空间傅里叶变换51
• 4.3 铝板中的Lamb波传播特性研究51-55
• 4.3.1 铝板厚度与波数的关系51-52
• 4.3.2 铝板损伤深度评估52-55
• 4.4 复合材料板中Lamb波传播特性研究55-63
• 4.4.1 复合材料板厚度与波数的关系55-59
• 4.4.2 复合材料板损伤深度评估59-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 基于波数分析的损伤成像方法研究64-75
• 5.1 引言64
• 5.2 基于波数分析的损伤成像原理64
• 5.3 基于局部波数估计的成像方法64-70
• 5.3.1 瞬时波场波数分布估计64-65
• 5.3.2 频域波数分布估计65
• 5.3.3 波数估计损伤成像实验65-70
• 5.4 基于波数滤波的成像方法70-73
• 5.4.1 波数滤波成像算法70
• 5.4.2 波数滤波损伤成像实验70-73
• 5.5 本章小结73-75
• 第六章 总结和展望75-77
• 6.1 全文总结75-76
• 6.2 问题与展望76-77
• 参考文献77-82
• 致谢82-84
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文84

【参考文献】

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本文编号：514981