非线性Lamb波的测量与定量表征

发布时间：2017-10-09 16:04

  本文关键词：非线性Lamb波的测量与定量表征

  更多相关文章： 非线性Lamb波 积累效应 特征参数 短时傅里叶变换 小波变换 疲劳损伤

【摘要】：本文针对目前线性Lamb波检测结构早期微损伤敏感度低的问题,通过开展对非线性Lamb波的基本传播理论、时频信号处理技术以及非线性Lamb波的测试系统等几个方面问题的研究,实现基于非线性Lamb波的方法和小型压电陶瓷片的激励与传感模型应用于铝板结构的早期微裂纹及疲劳损伤。这为Lamb波的结构健康监测技术提供了新的思路与方法,可望其促进该技术的实用性进程。全文的主要研究内容如下:首先,研究了非线性Lamb波的基本传播理论。通过求解波动方程证明非线性二次谐波的来源以及Lamb波的频散方程,选择了具有积累效应的(S1,S2)对称模式来检测非线性性质,并给出了材料非线性特征参数。其次,设计了非线性Lamb波测试系统。重点对前置电荷放大器进行了研制,其带宽达到3MHz,放大倍数达到300倍,满足本课题对非线性信号的放大处理。再次,研究了非线性Lamb波信号的提取。本文通过对滤波处理技术、短时傅里叶变换和小波变换的时频处理方法进行研究,实验结果证明了这些方法应用于提取基频与二倍频幅值的有效性。最后,对结构早期的裂纹和疲劳损伤分别进行实验研究。结果表明,非线性Lamb波信号及特征参数对结构材料非线性变化十分敏感,从而验证了非线性Lamb波方法对疲劳等结构早期损伤监测的有效性和可行性。实验结果表明,非线性Lamb波对结构材料非线性的变化十分敏感,而现有的基于基频线性信号的Lamb波监测技术则敏感性很低。这一研究结果对于结构疲劳、微裂纹以及其他结构早期微损伤的在线监测提供了可行的方法。
【关键词】：非线性Lamb波 积累效应 特征参数 短时傅里叶变换 小波变换 疲劳损伤
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG115.28
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景8-12
• 1.1.1 结构健康监测研究背景8-9
• 1.1.2 线性Lamb波的研究背景9-11
• 1.1.3 非线性Lamb波的研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.2.1 国外研究现状12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 研究目的与意义13
• 1.4 全文主要工作内容13-15
• 第二章 非线性Lamb波的基本传播理论研究15-29
• 2.1 非线性Lamb波的基本理论15-23
• 2.1.1 非线性Lamb波的传播规律及特性15-19
• 2.1.2 非线性Lamb波的积累二次谐波产生条件19-22
• 2.1.3 疲劳损伤对非线性Lamb波的影响22-23
• 2.2 Lamb波的激励与传感模型23-26
• 2.2.1 Lamb波的激励模型23-25
• 2.2.2 Lamb波的传感模型25-26
• 2.3 非线性Lamb波的表征方法26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 非线性Lamb波测试系统设计29-45
• 3.1 测试系统硬件设计29-41
• 3.1.1 硬件系统框架29-30
• 3.1.2 功率放大器及试验样件30
• 3.1.3 波形产生及采集模块30-31
• 3.1.4 压电陶瓷片31-33
• 3.1.5 高频电荷放大器设计33-41
• 3.2 测试系统软件设计41-44
• 3.2.1 软件系统框架42
• 3.2.2 波形产生及采集模块42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 非线性Lamb波信号提取实验研究45-53
• 4.1 实验装置及实验过程45-47
• 4.1.1 实验装置45-46
• 4.1.2 实验过程46-47
• 4.2 实验分析47-51
• 4.2.1 均值滤波47-48
• 4.2.2 基于短时傅里叶变换的非线性Lamb波信号提取48-49
• 4.2.3 基于小波变换的非线性Lamb波信号提取49-51
• 4.3 本章小结51-53
• 第五章 基于非线性Lamb波的结构早期微损伤实验研究53-70
• 5.1 基于非线性Lamb波的裂纹实验研究53-59
• 5.1.1 裂纹识别原理53
• 5.1.2 实验目的53-54
• 5.1.3 实验方案54-55
• 5.1.4 实验结果及分析55-59
• 5.2 基于非线性Lamb波的疲劳实验研究59-63
• 5.2.1 疲劳识别原理59
• 5.2.2 实验目的59
• 5.2.3 实验方案59-60
• 5.2.4 实验结果及分析60-63
• 5.3 基于非线性Lamb波的二维疲劳损伤定位实验63-69
• 5.3.1 实验目的63-64
• 5.3.2 实验方案64-65
• 5.3.3 实验结果及分析65-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 全文总结70-71
• 6.2 下一步工作展望71-72
• 参考文献72-75
• 附录1 程序清单75-77
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文77-78
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目78-79
• 致谢79

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本文编号：1001100