[發明專利]一種基于頻域分模態疊加損傷成像方法

有效

• 申請號: 201910071998.7
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109781849B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王自平;徐晨光;趙杰;錢磊;徐桂東;袁福國
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于頻域分模態疊加損傷成像方法，包括S01采用多通道信號陣列換能器采集各向異性材料板結構中的損傷信號，將采集的時空域信號轉換成為頻率?波數(f?k)域信號；S02通過三維傅里葉變換，將頻率?波數(f?k)域信號依據不同模態、不同傳播方向在頻率?波數域中進行分離，得到n階對稱分模態和反對稱分模態信號；S03對各分模態信號進行頻散去除和偏斜角補償；S04分別對步驟S03得到的各分模態進行總聚焦成像，再對各分模態進行相應的延時處理，最后對各分模態的總聚焦成像進行疊加；本發明可實現從微小尺度的早期損傷檢測直至全面評價損傷特征，從而提高全域結構損傷的檢測能力。

技術領域

本發明涉及材料結構損傷探測領域，尤其涉及一種基于頻域分模態疊加損傷成像方法。

背景技術

超聲Lamb導波由于具有傳播距離遠，衰減小，對損傷敏感的優勢，在復合材料各向異性材料板狀結構的SHM領域得到了廣泛關注。然而，Lamb導波在各向異性材料板復合材料板結構中傳播過程中的頻散、多模態以及偏斜效應，嚴重影響了采用陣列檢測方法對損傷成像精度，因此，有關復合材料各向性異材料板中Lamb導波的傳播特性研究尤為重要。

傳統的超聲相控陣導波激勵信號為窗函數調制的窄帶正弦波信號，其突出優點是頻帶窄，從而可以最大限度地抑制頻散；然而，信號的窄帶不能涵蓋損傷的所有特征頻率，僅依據少數模態評判損傷。現有超聲導波損傷成像方法常采用窄帶信號驅動結構中的探查波束，在用于各向異性材料板結構檢測中，考察單一模態導波的散射時域信息以實現損傷的定位，尚難以實現在較寬的頻帶范圍內多模態綜合評估損傷特征。本發明可以用于掃頻測試和多個模態、多個頻段的檢測，可以彌補采用單一模態檢測中存在的不足。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種基于頻域分模態疊加損傷成像方法，可以用于掃頻測試和多個模態、多個頻段的檢測，解決現有技術采用單一模態檢測而難以實現在較寬的頻帶范圍內多模態綜合評估損傷特征的問題。

本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。

一種基于頻域分模態疊加損傷成像方法，用于各向異性材料板結構，包括：

S01采用多通道信號陣列換能器采集各向異性材料板結構中的損傷信號，將采集的時空域信號轉換成為頻率-波數(f-k)域信號；

S02通過三維傅里葉變換，將頻率-波數(f-k)域信號依據不同模態、不同傳播方向在頻率-波數域中進行分離，得到n階對稱分模態和反對稱分模態信號；

S03對步驟S02得到的各個分模態信號進行頻散去除，如下式，將頻散關系在中心圓頻率附近進行Taylor級數展開，取一階線性近似項:

式中，k是空間波數，ω_c為中心圓頻率，c_p是相速度，c_g是群速度；

根據各向異性材料板結構中的波數曲線對頻散去除后的信號進行偏斜角補償，所述偏斜角為：

其中，波矢方向γ與群速度方向(能量傳播方向θ)之間的夾角即為偏斜角β，dk為波數的增量，dγ為角度γ的增量；

S04分別對步驟S03得到的各個分模態信號進行總聚焦成像，再對各分模態進行相應的延時處理，最后對各分模態的總聚焦成像進行疊加，疊加的公式如下式：