[發(fā)明專利]一種鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710546179.4
• 申請日: 2017-07-06
• 公開（公告）號: CN107389793A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張衛(wèi)方;高曉巖;王翔宇;冉允萌;何晶靖;趙炎;王鄧江
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/06
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供一種鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測方法，它涉及一種基于代數(shù)迭代重建算法的鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測方法，具體涉及一種基于代數(shù)迭代重建算法(ART)的鋁合金多孔結(jié)構(gòu)腐蝕損傷監(jiān)測方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)綜合運(yùn)用了傳感器技術(shù)、信號處理和分析技術(shù)等，對結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，為大型關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性和耐久性提供了重要參考。基于蘭姆波的無損檢測因其經(jīng)濟(jì)性有著廣泛的應(yīng)用，而且越來越多的被應(yīng)用在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中。代數(shù)迭代重建算法(ART)在醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)中已有廣泛的應(yīng)用，本專利把其引用于多孔鋁合金板的孔邊腐蝕損傷成像中。當(dāng)多孔鋁合金板存在孔邊腐蝕損傷時，獲取所需的波形，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)處理分析方法對其進(jìn)行處理分析，從而提取損傷特征，并通過代數(shù)重建法(Algebraic Reconstruction Techniques,ART)得到損傷的位置信息，實(shí)現(xiàn)了基于CT原理的多孔鋁合金結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測研究。

發(fā)明內(nèi)容

(1)目的

本專利針對航空鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷難以實(shí)時有效監(jiān)測的問題，提出了一種基于代數(shù)迭代重建算法的多孔鋁合金結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測方法，即基于斷層掃描的多孔鋁合金結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測方法。本專利利用壓電傳感器在多孔結(jié)構(gòu)外圍陣列，進(jìn)行信號激勵與采集，并利用先進(jìn)的信號處理方法和信號分析方法提取損傷特征量，最終對孔邊腐蝕進(jìn)行定位和定量。

(2)技術(shù)方案

本發(fā)明針對鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷的監(jiān)測，主要通過代數(shù)迭代重建算法實(shí)現(xiàn)對鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷的實(shí)時監(jiān)測。

本發(fā)明一種鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測方法，即一種基于代數(shù)迭代重建算法的鋁合金多孔結(jié)構(gòu)孔邊腐蝕損傷監(jiān)測方法，具體包括如下步驟來實(shí)現(xiàn)：

步驟一：

本發(fā)明選用材料鋁合金，牌號為Al-2024-T3，有6個孔位于鋁合金結(jié)構(gòu)上，其幾何尺寸如圖2所示；美國Steminc公司的壓電傳感器，并采用正方形陣列布局；其中，在每邊布置了四個壓電傳感器，16個壓電傳感器共組成了96條路徑，如圖3所示。本發(fā)明采用了一發(fā)一收的壓電傳感器收發(fā)方式；因?yàn)槠浼詈徒邮諌弘妭鞲衅鞣植荚跍y試區(qū)域的兩側(cè)，會有更少的邊界反射信號的干擾，所以一發(fā)一收布局會對遠(yuǎn)距離損傷更為敏感；

步驟二：

本發(fā)明采用了120kHz的中心頻率的正弦波激勵信號，接收到的蘭姆波即Lamb波是一種多種模式同時存在的頻散波，在本發(fā)明中分析的為反對稱波(A0)；

步驟三：

針對壓電傳感器網(wǎng)絡(luò)布局和選取的信號特征量，運(yùn)用基于代數(shù)重建迭代(ART)的斷層掃描算法；基于代數(shù)重建迭代(ART)的斷層掃描算法原理是將板的待檢測區(qū)域均勻的劃分網(wǎng)絡(luò)；壓電傳感器采用一發(fā)一收的方法，每個壓電傳感器都分別作為發(fā)射和接收點(diǎn)；壓電傳感器發(fā)射的Lamb波從各個網(wǎng)格中經(jīng)過，根據(jù)各網(wǎng)格中的衰減系數(shù)值成像；當(dāng)板材無缺陷時，各個網(wǎng)格中的衰減系數(shù)基本相同，當(dāng)存在缺陷時，缺陷處網(wǎng)格中的衰減系數(shù)不同于無缺陷處的衰減系數(shù)，基于以上原理，以此方式對損傷進(jìn)行成像；

對于代數(shù)重建迭代算法即ART算法，需要根據(jù)腐蝕損傷監(jiān)測的特點(diǎn)，對迭代算法進(jìn)行優(yōu)化，包括迭代次數(shù)的選擇，基于半收斂判斷的終止條件；

步驟四：

本發(fā)明采用氫氟酸溶液腐蝕多孔鋁合金板的孔邊區(qū)域來制造腐蝕損傷，當(dāng)腐蝕損傷在Lamb波傳播的路徑上時，信號直達(dá)波的相位和幅值即相關(guān)系數(shù)發(fā)生了改變；

本發(fā)明通過分析Lamb波的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行損傷定位成像；Lamb波的幅值為5V，放大倍數(shù)為10，ART算法迭代次數(shù)選為10；

步驟五：

為了使得成像結(jié)果更為平滑，試驗(yàn)采用了均值濾波處理，對于每個待處理的當(dāng)前網(wǎng)格，都會選擇一個模板，該模板為其鄰近的若干個網(wǎng)格所組成，用模板的均值來替代原像素的值，其公式為

式中，M為該網(wǎng)格與其周圍的網(wǎng)格總數(shù)，f(x，y)為在第x行第y列的像素值，s為所有的網(wǎng)格，g(x，y)為求得的最終像素值；

試驗(yàn)成像損傷定位結(jié)果與實(shí)際損傷位置相一致，試驗(yàn)結(jié)果證明本損傷定位方法能準(zhǔn)確的定位出兩個損傷。

其中，步驟一中所述的“美國Steminc公司的壓電傳感器”，它是指SMD07T05R412WL壓電陶瓷圓盤，其具體參數(shù)如表1所示。

表1