飞机结构腐蚀的导波监测方法研究

发布时间：2020-10-15 22:01

　　 飞机结构腐蚀损伤会显著降低飞机结构的安全性能,危害飞行安全。本文提出一种基于导波的航空结构腐蚀损伤概率重建算法用于航空结构腐蚀损伤的在线监测。针对结构上真实的腐蚀损伤,本文比较采用了不同类型损伤因子表征Lamb波参考信号和监测信号的相关性,并作为损伤概率重建算法中的图像重建参数;根据损伤概率重建算法的成像结果,提出了一种融合损伤因子方法对腐蚀深度进行评估,同时采用超声检测方法测量了结构上的腐蚀损伤与上述方法进行了对比。实验结果表明,该方法有效实现了结构腐蚀损伤的定位和腐蚀深度的评估,对指导飞机结构腐蚀维护保养具有重要意义。本文的主要研究内容有:(1)研究和分析了结构中导波的传播特性及结构上腐蚀损伤对导波传播的影响,结合压电传感器在结构中激励Lamb波的方法确定了用于飞机结构腐蚀损伤监测的Lamb波模式和激励中心频率,通过实验方法研究了五种不同损伤因子对腐蚀损伤的监测能力。(2)对结构上的腐蚀损伤采用超声C扫描方法进行了无损检测研究,通过超声C扫描方法获得了结构表面的腐蚀损伤成像结果,同时对不同深度的腐蚀损伤利用超声C扫描方法进行了腐蚀深度测量。(3)在结构上获得了真实的腐蚀损伤,采用损伤概率重建算法(Reconstruction algorithm for probabilistic inspection of damage,RAPID)对结构表面的腐蚀损伤进行了定位研究,采用三种融合损伤因子方法获得了结构上腐蚀深度评估函数,实验验证了腐蚀损伤定位和深度评估结果。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V267
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
注释表
缩略词
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 飞机结构腐蚀损伤的无损检测与结构健康监测
        1.2.1 飞机结构腐蚀的无损检测方法
        1.2.2 结构健康监测技术
    1.3 飞机结构腐蚀监测国内外研究现状
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 结构中导波的传播特性研究及腐蚀影响分析
    2.1 Lamb波在结构中传播特性分析
    2.2 压电效应与Lamb波的激励和传感
        2.2.1 压电效应与压电传感器激励传感模型
        2.2.2 Lamb波的正弦调制激励
    2.3 腐蚀特征的损伤因子表示
        2.3.1 与相位特征有关损伤因子
        2.3.2 与幅值特征有关损伤因子
        2.3.3 综合幅值和相位特征损伤因子
    2.4 腐蚀影响Lamb波传播特性的实验研究
        2.4.1 实验目的与设置
        2.4.2 用于腐蚀监测Lamb波模式分析
        2.4.3 腐蚀对Lamb波幅值相位影响
        2.4.4 损伤因子对腐蚀程度表征结果
        2.4.5 不同路径上的损伤因子比较
    2.5 本章小结
第三章 结构腐蚀的超声C扫描无损检测方法
    3.1 超声C扫描无损检测方法原理
        3.1.1 超声A扫描检测原理
        3.1.2 腐蚀深度测量方法
    3.2 .超声C扫描无损检测系统设置
        3.2.1 不连续交界面反射波形分析
        3.2.2 探头选择与厚度测量最小分辨率
        3.2.3 超声波波速校准
    3.3 结构腐蚀损伤的超声C扫描检测实验
        3.3.1 实验目的与超声C扫描检测过程
        3.3.2 腐蚀损伤成像与深度测量结果
    3.4 本章小结
第四章 基于导波的损伤概率重建算法研究与仿真
    4.1 基于Lamb波的损伤概率重建算法原理
        4.1.1 单条路径上的椭圆概率成像方法原理
        4.1.2 传感器阵列中的损伤概率重建算法原理
    4.2 基于COMSOLMultiphysics的RAPID方法有限元仿真
        4.2.1 有限元和COMSOLMultiphysics简介
        4.2.2 压电片在结构中激励和传感Lamb波原理
        4.2.3 COMSOLMultiphysics压电仿真模型的建立
    4.3 COMSOLMultiphysics仿真数据分析和RAPID成像
        4.3.1 COMSOLMultiphysics仿真数据中全部路径损伤因子分析
        4.3.2 COMSOLMultiphysics仿真数据的RAPID成像与定位分析
    4.4 基于融合损伤因子的腐蚀深度评估原理
        4.4.1 多通道信息融合技术
        4.4.2 融合损伤因子定义
        4.4.3 腐蚀损伤的深度评估方法
    4.5 本章小结
第五章 飞机结构腐蚀的导波监测方法实验验证
    5.1 实验目的与设置
    5.2 腐蚀设置与实验流程
        5.2.1 结构上真实腐蚀损伤设置
        5.2.2 腐蚀监测实验流程
    5.3 超声C扫描无损检测结果分析
    5.4 全部路径损伤因子分析
    5.5 腐蚀损伤的RAPID成像结果分析
    5.6 腐蚀深度评估结果分析
    5.7 本章小结
第六章 论文总结与研究展望
    6.1 全文总结
    6.2 腐蚀监测研究展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文

【参考文献】

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本文编号：2842309