基于超声Lamb波的平板损伤识别和定位研究

发布时间：2021-04-19 06:39

　　平板广泛使用于船舶、航空等领域,在其长期服役过程中由于持续的外界载荷的作用容易出现疲劳、腐蚀等损伤,存在巨大安全隐患。因此,对平板的结构健康监测尤为重要。Lamb波具有衰减慢,波长短,对微小损伤敏感等优点,适合板结构的大面积无损检测。超声Lamb波检测的关键是研究Lamb波与损伤的相互作用及损伤定位算法。本研究着眼于工程实际问题,从理论推导、数值仿真和实验研究入手,主要开展Lamb波波动理论和损伤定位算法的研究。首先,采用理论推导和数值模拟相结合的方法,研究平板中Lamb波基础阶S0和A0模式的波动特点及与损伤的作用形式,编写铝板的频散曲线程序,并采用数值模拟方法研究了铝板中Lamb波传播过程及与通孔的作用形式。其次,搭建基于LabVIEW的超声Lamb波数据采集平台,主要研究损伤定位算法。针对离散椭圆算法中群速度测量的问题,提出可以消除频散影响的距离差测波速方法。将RAPID算法和工程实际问题相结合,提出改进的RAPID算法解决损伤成像分辨率不高的问题,并用于铝板无损伤、单损伤和多损伤定位的研究,另外,考虑了真实检测环境中部分传感器失效的情况,研究剩余传感器网络的损伤定位效果。最后,... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 超声Lamb波检测研究概况
        1.2.2 基于飞行时间的损伤定位研究
        1.2.3 基于损伤指数的损伤定位研究
        1.2.4 神经网络方法的研究
    1.3 论文研究内容及章节安排
2 基于超声Lamb波的损伤识别理论
    2.1 引言
    2.2 Lamb波理论
        2.2.1 自由平板中Lamb波
        2.2.2 频散曲线的数值求解
    2.3 Lamb波激励和接收
        2.3.1 压电效应及压电片简介
        2.3.2 激励信号选取
    2.4 损伤识别算法
        2.4.1 离散椭圆定位算法
        2.4.2 损伤概率成像算法及改进的RAPID算法
        2.4.3 人工神经网络
    2.5 本章小结
3 基于超声Lamb波的损伤检测的仿真研究
    3.1 引言
    3.2 Lamb波在平板中的数值仿真
        3.2.1 仿真流程概述
        3.2.2 压电场耦合分析
        3.2.3 瞬态动力分析
        3.2.4 铝板中Lamb波传播的数值仿真
    3.3 RAPID算法数值仿真算例
        3.3.1 RAPID算法仿真模型
        3.3.2 仿真结果分析
    3.4 本章小结
4 基于Lamb波的损伤成像算法的实验研究
    4.1 引言
    4.2 实验平台搭建
    4.3 离散椭圆算法识别铝板损伤
        4.3.1 优化激励频率选取
        4.3.2 波速测量
        4.3.3 离散椭圆成像
    4.4 RAPID算法及改进的RAPID算法识别损伤
        4.4.1 传感器网络布置
        4.4.2 无损伤判断
        4.4.3 单损伤研究
        4.4.4 多损伤识别
    4.5 本章小结
5 基于神经网络的铝板损伤识别研究
    5.1 引言
    5.2 神经网络搭建及训练
    5.3 损伤预测及结果分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 神经网络训练集和测试集样本数据
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]海上风机灾害分析及健康监测技术综述[J]. 朱松晔,朱子默,柯世堂.  南方能源建设. 2018(02)
[2]超声导波检测技术的发展与应用现状[J]. 曲志刚,武立群,安阳,白萌,方日,颜达现.  天津科技大学学报. 2017(04)
[3]基于压电超声导波的管道缺陷检测数值模拟[J]. 彭芬,许斌,陈洪兵,王海东.  压电与声光. 2017(03)
[4]风机叶片结构的Lamb波损伤成像监测[J]. 马淑贤,华杰,王晓辉,王强.  无损检测. 2017(02)
[5]超声导波检测技术的发展、应用与挑战[J]. 何存富,郑明方,吕炎,邓鹏,赵华民,刘秀成,宋国荣,刘增华,焦敬品,吴斌.  仪器仪表学报. 2016(08)
[6]结构裂纹损伤的Lamb波层析成像监测与评估研究[J]. 王强,胥静,王梦欣,宋春晓.  机械工程学报. 2016(06)
[7]复合材料板Chirp激励的Lamb波成像技术研究[J]. 刘增华,穆云龙,宋国荣,何存富,吴斌.  仪器仪表学报. 2015(09)
[8]板状结构中基于Lamb波单模态的缺陷成像试验研究[J]. 刘增华,徐营赞,何存富,吴斌.  工程力学. 2014(04)
[9]基于电磁声激励Lamb波的裂纹深度检测[J]. 朱振宇,郑阳,陈迪.  实验力学. 2013(05)
[10]结合时间逆转的兰姆波与加权分布成像算法对多损伤识别的研究[J]. 苗晓婷,李富才,孟光.  机械工程学报. 2011(16)

博士论文
[1]基于导波的结构健康监测中特征提取技术与损伤识别方法的研究[D]. 苗晓婷.上海交通大学 2011

硕士论文
[1]超声导波损伤检测技术改进研究[D]. 邵勇.中国科学技术大学 2017
[2]超声导波任意波形激励技术研究[D]. 郑甜甜.北京交通大学 2016
[3]基于单模态的超声Lamb波技术在复合材料层合板中的健康检测研究[D]. 徐营赞.北京工业大学 2014
[4]金属薄板无参考主动Lamb波损伤识别的实验研究[D]. 宋佳刚.哈尔滨工业大学 2013
[5]基于超声导波技术的复合材料板无损检测研究[D]. 余锋祥.北京工业大学 2012
[6]铝板中的兰姆波检测技术和非线性调频小波变换时频分析方法研究[D]. 方杨.上海交通大学 2012



本文编号：3147040