[發明專利]一種基于Lamb波的板狀結構無基準快速損傷檢測方法

無效

• 申請號: 201110320258.6
• 申請日: 2011-10-20
• 公開（公告）號: CN102445496A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 何志全;周麗;馮勇明
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/44
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種損傷檢測方法，尤其涉及一種基于Lamb波的板狀結構無基準快速損傷檢測方法，屬于結構健康檢測技術領域。

背景技術

隨著對工程結構的安全可靠性要求的不斷提高，結構健康的檢測和診斷技術也日益發展。作為工程結構主要形式之一的板狀結構，其結構健康在線監測得到極大重視?；谥鲃覮amb波的損傷監測技術是目前板狀結構健康監測的研究熱點。該技術通過設置在板狀結構表面的壓電激勵/傳感陣列在板狀結構中激勵出Lamb波，并對結構響應信號進行分析處理，從而判斷結構中是否存在損傷以及得到損傷位置、范圍等參數。目前大多數主動Lamb波損傷檢測方法均采用了基于基準信號的信號處理方法：以結構健康狀態下的響應信號作為基準信號，用當前狀態下的結構響應信號與基準信號進行比較，從而得到結構損傷情況。但由于當前結構響應信號與基準信號的采集時間不同，內部和外部條件（例如環境溫濕度、外部振動、驅動/傳感陣列性能等）通常會發生變化，當兩者的信號采集時間間隔較長時，此種情況更為嚴重。這不僅會使損傷檢測難以得到準確結果，還影響了檢測的實時性。特別是當采集基準信號時，如果結構中已經存在損傷時，就更無法得到正確的檢測結果。

為了克服現有基于基準信號的主動Lamb波損傷檢測方法所存在的缺陷，有人對無基準的主動Lamb波損傷檢測技術進行了研究。例如一篇中國發明專利（申請號為200810242944.4，申請日為2008.12.30，公開號為CN101451977A，公開日為2009.6.10）公開了一種基于雙元壓電傳感陣列和時間窗函數的無基準Lamb波損傷監測方法。該方法通過設置在結構表面的一組壓電激勵/傳感陣列在結構中激勵出Lamb波，并提取結構響應信號，然后利用時間窗函數對結構響應信號進行處理分析，從而得到結構的損傷情況。該方法不需要依賴基準信號即可實現結構損傷的定量檢測和成像。但需要采用較多的壓電元件組成的激勵/傳感陣列，且信號處理和計算十分復雜，對監測系統的性能要求較高。實際上，大多數情況下，并不需要對結構損傷進行精確的定量檢測，而只需要方便快捷地得到定性檢測結果，即判斷出結構中是否存在損傷，即可。因此，有必要尋找一種簡便快捷的結構損傷定性檢測方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種基于Lamb波的板狀結構無基準快速損傷檢測方法，通過結構簡單的激勵/傳感陣列快速方便地實現板狀結構損傷的定性檢測。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種基于Lamb波的板狀結構無基準快速損傷檢測方法，該方法包括以下步驟：

步驟A、在所述板狀結構上下表面對稱設置兩對壓電元件，構成激勵/傳感陣列；

步驟B、依次將一組中心頻率在一定頻帶內等間隔變化的窄帶波激勵信號加載到所述激勵/傳感陣列中激勵端上下對稱的兩個壓電元件上，從而在板狀結構中激發Lamb波；同時利用所述激勵/傳感陣列中傳感端上下對稱的兩個傳感壓電元件分別接收結構響應，得到四組響應信號；

步驟C、對四組響應信號進行以下處理：

步驟C1、對各窄帶波激勵信號下的響應信號，分別按照下式進行處理，得到各窄帶波激勵信號下的四種中間信號M1—M4，

M1=(AC-BD)/2；

M2=(AD-BC)/2；

M3=[(AC-BD)+(AD-BC)]/4；

M4=[(AC-BD)-(AD-BC)]/4；

式中，AC和BD分別為兩個共面激勵/傳感通道的響應信號，AD和BC分別為兩個異面激勵/傳感通道的響應信號；

步驟C2、分別計算四種中間信號M1—M4的能量均值；

步驟D、根據下式是否成立判斷所述板狀結構中是否存在損傷，如成立，則板狀結構中存在損傷；如不成立，則不存在損傷，

|min（E1，E2）-max（E3，E4）|>?max（|E1-E2|，|E3-E4|）,

式中，E1、E2、E3、E4分別表示四種中間信號M1—M4的能量均值。

優選地，所述步驟B中所述一定頻帶是指100KHz-250KHz。

優選地，步驟B中所述間隔為10KHz。

進一步地，步驟C2中在分別計算四種中間信號M1—M4的能量均值前，先對這四種中間信號進行規范化處理。