[發(fā)明專利]一種基于ToF損傷因子的碳纖維復合材料疲勞損傷概率成像方法

在審

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• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112179990A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設計）人: 葉波;孔瓊英;鄧為權;王丹宏;陳宸
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/44
• 代理公司: 昆明明潤知識產權代理事務所(普通合伙) 53215
• 代理人: 王鵬飛

本發(fā)明涉及一種基于ToF損傷因子的碳纖維復合材料疲勞損傷概率成像方法，屬于工程結構健康監(jiān)測技術領域。首先將壓電傳感網(wǎng)絡中被監(jiān)測區(qū)域均勻的劃分為N個小網(wǎng)格，并把每個小網(wǎng)格看作一個像素點；然后計算每條激勵?傳感通道的ToF損傷因子；其次根據(jù)ToF損傷因子計算每個像素點在每條激勵?傳感通道的損傷存在概率；最后疊加各像素點在每條激勵?傳感通道的損傷概率，并將各像素點的損傷存在概率映射為像素值并成像，成像圖中損傷概率較大的位置即為損傷可能存在的位置。本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的損傷概率成像方法不僅能夠準確的識別和定位損傷，而且能有效提高損傷成像的可視化效果，并能獲得損傷的大致形狀和大小。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于ToF損傷因子的碳纖維復合材料疲勞損傷概率成像方法，屬于工程結構健康監(jiān)測技術領域。

背景技術

與金屬材料相比，由于碳纖維復合材料具有高比剛度、高比強度、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、質量輕等優(yōu)點而被廣泛應用于航空航天領域中。但是復合材料在材料加工、部件制造以及服役過程中會不斷的產生各類缺陷和損傷，其中疲勞損傷是較為常見和典型的一類損傷。疲勞損傷是由不斷的載荷循環(huán)作用導致材料內部在初始階段形成微小損傷，隨著載荷的反復作用，內部損傷逐漸擴大，直至斷裂，但是內部損傷的形成過程難以察覺，一旦疲勞損傷擴展到一定程度，將會造成嚴重的經(jīng)濟損失和人身安全。所以，及時發(fā)現(xiàn)疲勞損傷的存在、位置等信息顯得尤為重要。

結構健康監(jiān)測技術由于能夠實時、在線的對結構進行監(jiān)測而被廣泛應用于航空航天領域中。目前，用于結構健康監(jiān)測的方法多種多樣，如，機電阻抗法、光纖傳感監(jiān)測法、智能涂層法、各類基于Lamb波的損傷成像等方法。其中，由于基于Lamb波的損傷成像的方法可以直觀地反應出結構中損傷存在的位置、大小等信息而受到國內外的學者的廣泛研究。

在各類損傷成像方法中，損傷概率成像方法由于其操作簡單，需要的數(shù)據(jù)量少，利用各傳感通道的損傷因子和權重分布函數(shù)進行成像，不需要導波的傳播速度，且適用于復雜結構，所以損傷概率成像方法受到很多學者的深入研究。目前已有的損傷概率成像方法雖然能夠有效的識別損傷，但其可視化效果和損傷定位準確性較差，成像清晰度不高，且普遍存在對于沒有損傷的位置其損傷存在概率也較高的情況。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于ToF損傷因子的碳纖維復合材料疲勞損傷概率成像方法，用以解決上述問題。

本發(fā)明是在傳統(tǒng)損傷概率成像方法的基礎上設計了一種新的損傷因子，所提出的ToF損傷因子，即利用每條傳感通道的損傷存在情況下的Lamb波飛行時間與結構健康狀況下的飛行時間之間的關系對損傷概率成像方法進行改進，從而提高損傷定位的準確性，有效改善損傷成像的可視化效果，并初步獲得損傷的大致形狀和大小，有效的彌補了目前已有的損傷概率成像方法的不足，為進一步實現(xiàn)碳纖維復合材料疲勞損傷定量化分析提供了有價值的參考。

本發(fā)明的技術方案是：一種基于ToF損傷因子的碳纖維復合材料疲勞損傷概率成像方法，具體步驟為：

Step1：將壓電傳感網(wǎng)絡中被監(jiān)測區(qū)域均勻的劃分為N個小網(wǎng)格，并把每個小網(wǎng)格看作一個像素點。

Step2：計算每條激勵-傳感通道的ToF損傷因子。

Step3：根據(jù)ToF損傷因子計算每個像素點在每條激勵-傳感通道的損傷存在概率。

Step4：疊加各像素點在每條激勵-傳感通道的損傷存在概率，并將各像素點的損傷存在概率映射為像素值并成像，成像圖中損傷概率大的位置即為損傷存在的位置。

所述Step1具體為：

Step1.1：在碳纖維復合材料板的上下邊緣分別布置一組由K個壓電傳感器組成的一維線性壓電傳感器陣列。