磁致导波集成阻抗复合检测方法研究

发布时间：2020-07-16 00:58

【摘要】：在交通运输、航空航天等机械领域,板状结构应用非常广泛,如飞机机翼、列车机身等。这类结构在受到外部因素影响时,结构的某些部位易产生损伤,从而损害结构的性能。针对板状结构,工程技术人员提出了各种各样的结构健康监测方法,比如超声导波检测、机电阻抗检测等。然而,这些检测方法在单独使用时都体现出了一定的局限性。如超声Lamb波检测,虽然Lamb波传播距离远、损伤定位准确,但局部灵敏度低,对损伤程度和类型的识别上并不理想;再如阻抗检测,局部灵敏度虽然很高,但检测范围有限,且损伤定位困难。针对此问题,本文提出一种将导波和阻抗结合运用于板状结构健康检测的方法,以实现损伤的准确定位,并定性识别出损伤的程度和类型。此外,为了实现板材损伤程度的精确定量,将神经网络数据处理技术用于阻抗检测的信号分析和处理,结果表明神经网络能够提高阻抗检测的损伤识别能力。本文的主要工作和成果如下:(1)深入剖析了 Lamb波的传播机理,并对Lamb波的两种基本形式(对称模态和反对称模态)进行了分解。利用Raleigh-Lamb频率方程求解出Lamb波在铝板中的频散曲线,通过图示说明了 Lamb波的群速度、相速度以及模态随频厚积变化的关系。(2)详细说明了铁磁材料的磁致伸缩效应,并在此效应的基础上推导出机磁阻抗的理论计算公式。然后,对理论计算公式进行等效转换,结合换能器自身的属性(如电阻、电感及磁电耦合系数等),推导出可以实际应用的机磁阻抗测量公式。(3)对Lamb波集成机磁阻抗复合检测的机理、实验仪器、测试方法以及信号处理方式进行详细的说明,并提出一个综合损伤指数,以实现两种测试信号的数据融合。该指数融合了两种方法分别检测时的损伤特征指数,根据指数的数值变化特征,可以寻找出指数随损伤属性(如类型、程度等)变化的关系。(4)对Lamb波和机磁阻抗检测分别进行了仿真研究,通过激励带有不同类型和大小缺陷的铝板,取得响应信号并进行转换运算求得损伤指数,并代入设计的综合损伤指数算法之中,得出综合损伤指数并进行比对,最终论证了综合损伤指数可以用于定性区别损伤的程度和类型。(5)为实现铝板损伤程度的定量识别,将神经网络用于机磁阻抗信号的分析和处理。通过建立铝板数值模型,测得铝板的机磁阻抗,并将取得的机磁阻抗数据代入神经网络模型进行训练和测试,证明神经网络能够定量识别铝板损伤程度。
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB302.5
【图文】：

波形,表面波,固体介质,质点振动方向

动在介质中传播从而形成超声波。按照波动中质点振动方向与波的传播方向的不同，逡逑可以将波动分为多种波形，在超声检测中常用的波形有纵波、横波、表面波（瑞利波）逡逑和Ｌａｍｂ波。纵波是指质点振动方向平行于波的传播方向的一种波形，如图２．１（ａ）所示。逡逑当交替变化的拉应力和压应力作用于弹性介质时，介质会产生交替变化的伸缩形变或逡逑体积变化，又由于介质中的弹性恢复力会迫使其恢复原貌，故而形成振动并在介质中逡逑传播。横波是指质点振动方向垂直于波的传播方向的一种波形，是弹性介质受到交变逡逑剪切力的作用时，发生剪切变形而产生的，如图２．１（ｂ）所示。由于剪切力不能在气体和逡逑液体中传播，故而，横波只能在固体介质中传播。表面波是仅在半无限大固体介质的逡逑表面或与其他介质的界面及其附近传播而不深入到固体内部传播的波形的总称。瑞利逡逑波是表面波的一种，是在半无限大固体介质与气体或液体介质的交界面上产生，并沿逡逑界面传播的一种波形。Ｌａｍｂ波是一种沿薄板延伸方向传播的波形，是将振动倾斜入射逡逑到薄板中而产生的。Ｌａｍｂ波传播时板中质点的振动情况与表面波不同

曲线,群速度频散,曲线,频率方程

大连交通大学工学硕士学位论文频率方程，得到的群速度和相速度频散曲线分别如图２．３和图２．４所示，其中代表对称模态（ＳＯ，ＳＩ，邋Ｓ２，……），红色实线代表反对称模态（ＡＯ，Ａｌ，Ａ２，＿群速度频散曲线逡逑

磁化曲线,铁磁材料,磁化曲线,可逆磁导率

Ｆｉｇ．邋３．３邋Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｆ邋ｔｙｐｉｃａｌ邋ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑／／的值很小时，磁化过程是可逆的，５－／／曲线在原点的斜率可近磁导率，称为初始磁导率，表示为逡逑＾邋＝邋ｉ＾０Ｏ＼Ｈ＝０，Ｂ＝０曲线初始部分以外的每一点处的斜率，称为微分磁导率，表示为逡逑使用情况下，一个大的静态磁场之上同时存在一个小的周期性分量曲线上产生一个小滞环，且５－７／曲线上的工作点也由大的静态磁场在该运行点处的斜率被定义为可逆磁导率。逡逑场大小和动态磁场的频率共同决定了可逆磁导率的大小。逡逑

【参考文献】