[發(fā)明專利]一種復(fù)合板Lamb波時間反轉(zhuǎn)多路徑成像損傷定位方法

有效

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• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113433214B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李義豐;趙前;張凡;朱艾春;萬夕里
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 南京鑫之航知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32410
• 代理人: 姚蘭蘭

本發(fā)明公開了一種復(fù)合板Lamb波時間反轉(zhuǎn)多路徑成像損傷定位方法，主要包括反射波包追蹤與路徑規(guī)劃、傳播路徑互易性評估、概率成像與損傷定位等步驟，方法首先選擇出適合的Lamb波激勵信號，并對響應(yīng)信號進(jìn)行時間反轉(zhuǎn)重構(gòu)聚焦與色散效應(yīng)補(bǔ)償后實(shí)現(xiàn)傳感路徑規(guī)劃，通過繪制前后向時域波形，計(jì)算得到各傳播路徑的互易性，最后對各個傳播路徑的損傷分布概率進(jìn)行估計(jì)并實(shí)現(xiàn)損傷成像。本發(fā)明方法通過一對傳感器即可實(shí)現(xiàn)復(fù)合板損傷的成像，較傳統(tǒng)方法減少了傳感器數(shù)量，并通過提取復(fù)合板邊緣反射波構(gòu)建多路徑傳感網(wǎng)絡(luò)，利用從不同方向檢測到的結(jié)構(gòu)信息回波信號提高了損傷定位的精度，提高了復(fù)合板損傷檢測方法的有效性和實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了一種復(fù)合板Lamb波時間反轉(zhuǎn)多路徑成像損傷定位方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

復(fù)合材料是指由兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)人工構(gòu)造而成的組合型材料，與一般材料相比，復(fù)合材料在保持原來單一材料特征的同時又可以通過材料設(shè)計(jì)達(dá)到其所含組合材料之間性能相互補(bǔ)充的目的，從而在工程使用中充分發(fā)揮優(yōu)異的性能。然而，隨著復(fù)合材料的大范圍應(yīng)用，由于生產(chǎn)運(yùn)輸階段的監(jiān)測不完善或暴力使用等原因，材料難免會產(chǎn)生細(xì)微的缺陷損傷，若這些損傷沒有被及時發(fā)現(xiàn)處理，則會存在安全隱患甚至造成重大事故。因此，在早期階段使用無損檢測(NDT)技術(shù)對材料損傷進(jìn)行檢測對于保持結(jié)構(gòu)的完整性和安全性至關(guān)重要。

當(dāng)前在面向復(fù)合材料的損傷檢測領(lǐng)域，基于Lamb波的超聲檢測技術(shù)一種具有應(yīng)用前景的檢測方法，與傳統(tǒng)超聲檢測方法相比，超聲Lamb波檢測具有檢測波傳播距離長、檢測成本低，對缺陷損傷靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)Lamb波成像檢測方法是對接收的參考信號和有損信號進(jìn)行對比，計(jì)算出兩者的差異值(RI值)，同時根據(jù)有損信號中損傷信號波包出現(xiàn)的時間和Lamb波傳播速度計(jì)算出缺陷到傳感器的距離，再通過雙曲線定位、橢圓定位等方法實(shí)現(xiàn)損傷位置的幾何定位。雖然該檢測方法具有一定的效果，但仍在定位精度、傳感器陣列數(shù)量、程度評估方法等方面面臨著一系列的挑戰(zhàn)。

基于Lamb波的損傷檢測成像方法主要有濾波反投影、代數(shù)重構(gòu)、概率重建算法三類，其中，概率重建算法是通過比較存在損傷的響應(yīng)信號和參考信號的差異性，提取每一條檢測路徑上由于損傷導(dǎo)致的變化成分，進(jìn)而將損傷相對于激勵器和傳感器的位置關(guān)系確定出來，該方法對于損傷定位和成像具有良好的效果。但目前現(xiàn)有的Lamb波損傷成像都需要在無損板中提取無損信號并與有損板中的響應(yīng)信號進(jìn)行對比，無法實(shí)現(xiàn)無基準(zhǔn)定位，且這種成像方式一般需要布置大量的傳感器組成接收陣列。另外，傳統(tǒng)的基于Lamb波的損傷成像方法通常只使用直達(dá)波包信號分量，而忽略了記錄的Lamb波信號中存在的額外反射回波，這些來自板邊界的反射回波從不同的方向掃描結(jié)構(gòu)后攜帶了大量與結(jié)構(gòu)相關(guān)的信息，如果能利用回波信號進(jìn)行最佳的路徑規(guī)劃，那么多路徑Lamb波成像技術(shù)可以使用比傳統(tǒng)概率損傷成像更少的傳感器實(shí)現(xiàn)，且圖像質(zhì)量更好。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

為解決現(xiàn)有基于Lamb波的復(fù)合板損傷無法實(shí)現(xiàn)無基準(zhǔn)定位、定位精度低、定位所需傳感器較多等不足，本發(fā)明提出一種復(fù)合板Lamb波時間反轉(zhuǎn)多路徑成像損傷定位方法。

技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種復(fù)合板Lamb波時間反轉(zhuǎn)多路徑成像損傷定位方法，包含反射波包追蹤與路徑規(guī)劃、傳播路徑互易性評估、概率成像與損傷定位，其中反射波包追蹤與路徑規(guī)劃包括如下步驟：

步驟1，獲取Lamb波頻散曲線，選擇合適模態(tài)作為激勵信號并進(jìn)行調(diào)制；

步驟2，在復(fù)合板上表面設(shè)置一對激勵——接收傳感器，由激勵傳感器處對復(fù)合板上表面發(fā)射步驟Lamb波激勵信號，在接收傳感器處獲取響應(yīng)信號，對該響應(yīng)信號進(jìn)行時域反轉(zhuǎn)重構(gòu)聚焦與色散效應(yīng)補(bǔ)償；

步驟3，交換發(fā)射傳感器與接收傳感器角色，以前述接收傳感器作為激勵傳感器再次發(fā)射Lamb波激勵信號，對響應(yīng)信號進(jìn)行時域反轉(zhuǎn)重構(gòu)聚焦與色散效應(yīng)補(bǔ)償；