基于改进MRNSD算法的电阻抗层析成像
发布时间：2021-12-02 10:16
电阻抗层析成像（EIT）作为一种新兴的碳纤维增强复合材料（CFRP）无损检测方法,具有成本低、无辐射、可视化等优点,受到研究者广泛关注。EIT逆问题具有严重的病态性,通常采用正则化算法改善成像质量。基于修正残差范数最陡下降法（MRNSD）,利用其在减少图像伪影和保持边界信息方面的优势,针对该算法存在的半收敛性和抗噪声效果差等问题,采用预处理和软闭值方法对MRNSD算法进行改进。通过仿真和实验,对比所提改进算法与几种常用算法的成像效果。结果表明,所提算法有效提高了EIT图像质量和抗噪声能力,并且实现了最佳迭代次数的自动更新,有利于推动EIT方法在CFRP损伤检测中的实际应用。
【文章来源】：北京航空航天大学学报. 2020,46(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
CFRP层压板损伤检测实验相关系数对比
式中: σ11为纤维方向电导率;σ22为纤维方向的垂直方向电导率;σ33为层压板厚度方向的电导率。在本文中使用COMSOL软件构建八层CFRP层压板正交([0°/90°]4)模型,其中每层碳纤维(长10 cm、宽10 cm、厚0.04 cm)为各向异性材料。相邻层为不同纤维方向,在COMSOL软件中将 0°纤维电导率设置为,将90°纤维电导率设置为。正交型CFRP层压板模型,如图1所示。2 电阻抗层析成像正问题
式中:L为噪声水平;randn为高斯分布的随机矩阵。L=1%高斯随机噪声是实际测量中的典型噪声级,将其添加到边界测量电压中,通过不同算法得到的重建图像如图3所示。为了进一步验证5种算法对噪声的鲁棒性,将测量电压中的噪声水平增加到5%,得到重建图像如图4所示。在1%和5%噪声影响下,不同算法在迭代过程中随迭代次数增加而变化的相对误差和残差范数如图5和图6所示。表1 不同算法的相关系数值Table 1 Value of correlation coefficients for different algorithms 损伤模型 re CGLS Tikhonov MRNSD PMRNSD FPMRNSD 冲击损伤1 0.375 2 0.517 8 0.884 7 0.891 6 0.882 6 冲击损伤2 0.132 9 0.278 6 0.275 6 0.215 3 0.220 3 分层损伤 0.328 3 0.436 7 0.907 5 0.903 1 0.910 4 裂纹损伤 0.192 1 0.300 8 0.503 7 0.521 2 0.563 7
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测[J]. 范文茹,王勃,李靓瑶,周琛. 北京航空航天大学学报. 2019(11)
[2]基于自诊断正则化的电阻抗成像逆问题研究[J]. 李星,杨帆,余晓,田浩,胡家元,钱洲亥. 生物医学工程学杂志. 2018(03)
[3]多模红外热成像检测碳纤维布加固混凝土粘结缺陷[J]. 王昵辰,杨瑞珍,何赟泽,孟志强,黄守道. 仪器仪表学报. 2018(03)
[4]基于四电极法的CFRP结构损伤检测研究[J]. 范文茹,雷建,董玉珊,薛倩. 仪器仪表学报. 2017(04)
[5]新型加固用智能碳纤维板及感知性能试验[J]. 王珍珍,任鹏,程鸿伟,朱万旭,周智,欧进萍. 中国测试. 2016(03)
[6]基于差分灵敏度模型的电容层析成像图像重建方法[J]. 郭志恒,律德才,邵富群. 中国电机工程学报. 2012(23)
[7]复合材料平尾有限元建模方法研究[J]. 邹达懿,王鹏飞. 国外电子测量技术. 2012(07)
[8]碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量的研究[J]. 任吉林,曾亮,张丽攀,宋凯,陈曦. 仪器仪表学报. 2011(12)
[9]新一代大型客机复合材料结构[J]. 杨乃宾. 航空学报. 2008(03)
博士论文
[1]碳纤维复合材料的电磁涡流无损检测技术研究[D]. 程军.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]碳纤维增强树脂基复合材料涡流无损检测有限元分析[D]. 孙磊.厦门大学 2014
本文编号：3528237
【文章来源】：北京航空航天大学学报. 2020,46(08)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
CFRP层压板损伤检测实验相关系数对比
式中: σ11为纤维方向电导率;σ22为纤维方向的垂直方向电导率;σ33为层压板厚度方向的电导率。在本文中使用COMSOL软件构建八层CFRP层压板正交([0°/90°]4)模型,其中每层碳纤维(长10 cm、宽10 cm、厚0.04 cm)为各向异性材料。相邻层为不同纤维方向,在COMSOL软件中将 0°纤维电导率设置为,将90°纤维电导率设置为。正交型CFRP层压板模型,如图1所示。2 电阻抗层析成像正问题
式中:L为噪声水平;randn为高斯分布的随机矩阵。L=1%高斯随机噪声是实际测量中的典型噪声级,将其添加到边界测量电压中,通过不同算法得到的重建图像如图3所示。为了进一步验证5种算法对噪声的鲁棒性,将测量电压中的噪声水平增加到5%,得到重建图像如图4所示。在1%和5%噪声影响下,不同算法在迭代过程中随迭代次数增加而变化的相对误差和残差范数如图5和图6所示。表1 不同算法的相关系数值Table 1 Value of correlation coefficients for different algorithms 损伤模型 re CGLS Tikhonov MRNSD PMRNSD FPMRNSD 冲击损伤1 0.375 2 0.517 8 0.884 7 0.891 6 0.882 6 冲击损伤2 0.132 9 0.278 6 0.275 6 0.215 3 0.220 3 分层损伤 0.328 3 0.436 7 0.907 5 0.903 1 0.910 4 裂纹损伤 0.192 1 0.300 8 0.503 7 0.521 2 0.563 7
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电阻抗层析成像的CFRP结构损伤检测[J]. 范文茹,王勃,李靓瑶,周琛. 北京航空航天大学学报. 2019(11)
[2]基于自诊断正则化的电阻抗成像逆问题研究[J]. 李星,杨帆,余晓,田浩,胡家元,钱洲亥. 生物医学工程学杂志. 2018(03)
[3]多模红外热成像检测碳纤维布加固混凝土粘结缺陷[J]. 王昵辰,杨瑞珍,何赟泽,孟志强,黄守道. 仪器仪表学报. 2018(03)
[4]基于四电极法的CFRP结构损伤检测研究[J]. 范文茹,雷建,董玉珊,薛倩. 仪器仪表学报. 2017(04)
[5]新型加固用智能碳纤维板及感知性能试验[J]. 王珍珍,任鹏,程鸿伟,朱万旭,周智,欧进萍. 中国测试. 2016(03)
[6]基于差分灵敏度模型的电容层析成像图像重建方法[J]. 郭志恒,律德才,邵富群. 中国电机工程学报. 2012(23)
[7]复合材料平尾有限元建模方法研究[J]. 邹达懿,王鹏飞. 国外电子测量技术. 2012(07)
[8]碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量的研究[J]. 任吉林,曾亮,张丽攀,宋凯,陈曦. 仪器仪表学报. 2011(12)
[9]新一代大型客机复合材料结构[J]. 杨乃宾. 航空学报. 2008(03)
博士论文
[1]碳纤维复合材料的电磁涡流无损检测技术研究[D]. 程军.南京航空航天大学 2015
硕士论文
[1]碳纤维增强树脂基复合材料涡流无损检测有限元分析[D]. 孙磊.厦门大学 2014
本文编号：3528237
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