[發(fā)明專利]基于激光壓電技術(shù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110025861.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-08
• 公開（公告）號(hào): CN112881529B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘永騰;朱高亮;向家偉;高尚;王志凌;張成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/24
• 分類號(hào): G01N29/24;G01N29/44;G01S5/18
• 代理公司: 溫州名創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33258
• 代理人: 陳加利

本發(fā)明提供一種基于激光壓電技術(shù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)方法，包括接收激光頭每次全局掃描所述復(fù)合材料板上所有掃描點(diǎn)時(shí)所形成的信號(hào)；對(duì)每次接收到的信號(hào)進(jìn)行處理，獲取各陣元分別至各掃描點(diǎn)的直達(dá)波時(shí)間延遲，并結(jié)合同一掃描點(diǎn)至各陣元的直達(dá)波時(shí)間延遲，在預(yù)設(shè)的導(dǎo)向矢量公式中進(jìn)行計(jì)算，得到各掃描點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣；將各掃描點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣中導(dǎo)向矢量均以實(shí)部單位表征，使得各掃描點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣均為相應(yīng)的一列向量，并計(jì)算各列向量之間的歐氏距離，且獲取歐氏距離計(jì)算值最小的兩個(gè)掃描點(diǎn)之間的區(qū)域，進(jìn)一步將所獲取的區(qū)域輸出為損傷監(jiān)測(cè)區(qū)域。實(shí)施本發(fā)明，無需事先測(cè)算出材料結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)損傷監(jiān)測(cè)及沖擊位置估計(jì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光壓電技術(shù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高以及其他所需的機(jī)械性能，在工業(yè)中被廣泛使用。但是，復(fù)合材料易于產(chǎn)生缺陷，在應(yīng)用過程中可靠性降低，威脅到結(jié)構(gòu)的安全性能，同時(shí)考慮到工業(yè)上應(yīng)用的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)參數(shù)不一，大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)會(huì)使用材料參數(shù)不同的復(fù)合材料以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的不同功能。因此，對(duì)于材料參數(shù)不同的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行損傷監(jiān)測(cè)非常重要。

近些年來，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷監(jiān)測(cè)有了很多方法，各種技術(shù)的使用促進(jìn)了對(duì)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。材料參數(shù)已知的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，可以方便運(yùn)用有限元分析技術(shù)進(jìn)行模擬，在實(shí)際中也可以采取多種有效的損傷監(jiān)測(cè)技術(shù)，如紅外成像、聲發(fā)射、電渦流等，結(jié)合定位算法即可對(duì)損傷位置進(jìn)行估計(jì)。

但是，對(duì)于材料參數(shù)未知的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，需要先進(jìn)行材料參數(shù)獲取的實(shí)驗(yàn)，再通過計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)之后，才能進(jìn)行損傷監(jiān)測(cè)。因此，有必要提出一種對(duì)材料參數(shù)未知的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷在線監(jiān)測(cè)方法，無需事先測(cè)算出材料結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)損傷監(jiān)測(cè)及沖擊位置估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于激光壓電技術(shù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，無需事先測(cè)算出材料結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)損傷監(jiān)測(cè)及沖擊位置估計(jì)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于激光壓電技術(shù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測(cè)方法，用于未知材料參數(shù)的復(fù)合材料板上，所述復(fù)合材料板上預(yù)設(shè)有線陣壓電傳感器以及圍繞所述線陣壓電傳感器四周分布的多個(gè)掃描點(diǎn)，所述方法包括以下步驟：

S1、接收激光頭每次全局掃描所述復(fù)合材料板上所有掃描點(diǎn)時(shí)所形成的信號(hào)；其中，所述激光頭全局掃描次數(shù)與所述線陣壓電傳感器中陣元總數(shù)相對(duì)應(yīng)，且所述激光頭每次全局掃描均是基于所述線陣壓電傳感器中相應(yīng)一個(gè)陣元經(jīng)Lamb波信號(hào)激勵(lì)的情況下觸發(fā)；

S2、對(duì)每次接收到的激光頭全局掃描時(shí)所形成的信號(hào)進(jìn)行處理，以獲取各陣元分別至各掃描點(diǎn)的直達(dá)波時(shí)間延遲，并結(jié)合同一掃描點(diǎn)至各陣元的直達(dá)波時(shí)間延遲，在預(yù)設(shè)的導(dǎo)向矢量公式中進(jìn)行計(jì)算，得到各掃描點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣；

S3、將各掃描點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣中導(dǎo)向矢量均以實(shí)部單位表征，使得各掃描點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣均為相應(yīng)的一列向量，并計(jì)算各列向量之間的歐氏距離，且獲取歐氏距離計(jì)算值最小的兩個(gè)掃描點(diǎn)之間的區(qū)域，進(jìn)一步將所獲取的區(qū)域輸出為損傷監(jiān)測(cè)區(qū)域。

其中，所述方法進(jìn)一步包括：

采集待定位損傷點(diǎn)的陣列信號(hào)，以獲取待定位損傷點(diǎn)至各陣元的直達(dá)波時(shí)間延遲，并在所述預(yù)設(shè)的導(dǎo)向矢量公式中進(jìn)行計(jì)算，得到待定位損傷點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣，進(jìn)一步將待定位損傷點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣與各掃描點(diǎn)的導(dǎo)向矢量陣進(jìn)行對(duì)比，在所述損傷監(jiān)測(cè)區(qū)域中，確定待定位損傷點(diǎn)距離最近的掃描點(diǎn)的位置為待定位損傷點(diǎn)的位置。

其中，對(duì)各陣元進(jìn)行Lamb波信號(hào)激勵(lì)均是通過函數(shù)產(chǎn)生器調(diào)取50KHz Lamb波信號(hào)函數(shù)之后，再利用放大器放大作用在相應(yīng)一陣元上來實(shí)現(xiàn)的。

其中，所述預(yù)設(shè)的導(dǎo)向矢量公式為其中，