[發明專利]一種Lamb波工程結構多裂紋損傷監測方法

有效

• 申請號: 202110746570.5
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113588781B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 王強;張少東;張賽男;王梓
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/24;G01N29/44
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 孫永生

1.一種Lamb波工程結構多裂紋損傷監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

獲取包括環形和圓心的壓電陣列，并采集壓電陣列內每一條監測路徑的Lamb波參考信號；

利用壓電陣列在待監測結構件的監測區域內采集每一條監測路徑的Lamb波實際響應信號；

根據Lamb波參考信號和Lamb波實際響應信號計算每一條監測路徑的SDC值；

根據壓電陣列和監測路徑的SDC值從監測區域內獲得含有裂紋的扇形子區域；

利用三點定位法分析每個扇形子區域內的疑似裂紋方向，并根據疑似裂紋方向從所有監測路徑中選取特殊路徑，對特殊路徑進行SDC值校正；

根據校正后的監測區域對每個扇形子區域進行SDC值分析，獲得每個扇形子區域對應的裂紋方向路徑，并對裂紋方向路徑進行SDC值校正；

根據校正后的裂紋方向路徑，利用橢圓權重模型成像原理獲得每個扇形子區域的裂紋損傷圖像；

將所有扇形子區域的裂紋損傷圖像疊加，獲得待監測結構件的裂紋損傷圖像。

2.根據權利要求1所述的一種Lamb波工程結構多裂紋損傷監測方法，其特征在于，采集壓電陣列內每一條監測路徑的Lamb波參考信號的方法為：

根據待監測結構件的大小確定圓心位置和圍繞圓心的環形大小，在圓心和環形上布置壓電傳感器，獲得包括環形和圓心的壓電陣列；

依次選擇壓電陣列中的每個壓電傳感器作為激勵元件，其他壓電傳感器作為傳感元件，一個激勵元件與一個傳感元件組成一條監測路徑；

在每一條監測路徑中，通過函數發生器和功率放大器將Lamb波超聲信號加載到激勵元件上，利用激勵元件向傳感元件發送Lamb波超聲信號，并在傳感元件獲得激勵下的Lamb波響應信號，作為該條監測路徑的Lamb波參考信號。

3.根據權利要求1或2所述的一種Lamb波工程結構多裂紋損傷監測方法，其特征在于，SDC值的計算公式如下：

其中，SDC_ij表示第i個激勵元件與第j個傳感元件組成的監測路徑的SDC值，t₀表示監測路徑中激勵信號的直達時間，ΔT表示一個時間窗，x_ij(t)表示t時刻第i個激勵元件與第j個傳感元件組成的監測路徑的Lamb波參考信號，y_ij(t)表示t時刻第i個激勵元件與第j個傳感元件組成的監測路徑的Lamb波實際響應信號，μ_x和μ_y分別表示Lamb波參考信號和Lamb波實際響應信號的平均值，i,j＝1,2,…,L且i≠j，L為壓電陣列中壓電傳感器的總數。

4.根據權利要求1或2所述的一種Lamb波工程結構多裂紋損傷監測方法，其特征在于，獲得含有裂紋的扇形子區域的方法為：

利用壓電陣列中圓心處的壓電傳感器作為激勵元件，環形上的壓電傳感器作為傳感元件，獲得多條半徑監測路徑；

將每條半徑監測路徑的SDC值與預設的損傷閾值比較，當半徑監測路徑P_ab的SDC值大于損傷閾值時，以半徑監測路徑P_ab為中心線從監測區域內獲取扇形區域作為含有裂紋的扇形子區域，其中，P_ab表示壓電陣列中圓心處的壓電傳感器到環形上第b個壓電傳感器的半徑監測路徑，b＝1,2,…,L-1，L為壓電陣列中壓電傳感器的總數，所述扇形子區域的圓心為壓電陣列的圓心，扇形子區域圓弧的2個端點為壓電陣列的環形上與第b個壓電傳感器相鄰的2個壓電傳感器。

5.根據權利要求1所述的一種Lamb波工程結構多裂紋損傷監測方法，其特征在于，針對每一個扇形子區域，分析疑似裂紋方向并選取特殊路徑的方法為：

根據扇形子區域d的圓心和2個圓弧端點獲得3條定位監測路徑，其中，d＝1,2,…,D，D為扇形子區域數量；

針對每一條定位監測路徑，提取其Lamb波實際響應信A0波段之后的SDC值，當SDC值發生波動時，判斷該定位監測路徑的方向為扇形子區域d的疑似裂紋方向；

將壓電陣列內每一條監測路徑與疑似裂紋方向比較，當一條監測路經與疑似裂紋方向之間的夾角在±25°以內，且該監測路徑同時經過扇形子區域d和其他扇形子區域時，認為該監測路徑為特殊路徑。