[發(fā)明專利]一種Lamb波工程結(jié)構(gòu)多裂紋損傷監(jiān)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110746570.5
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113588781B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王強(qiáng);張少東;張賽男;王梓
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 孫永生

本發(fā)明公開了一種Lamb波工程結(jié)構(gòu)多裂紋損傷監(jiān)測方法，步驟如下：在待監(jiān)測結(jié)構(gòu)件上布置壓電陣列，將監(jiān)測區(qū)域劃分成多個的扇形區(qū)域，采集壓電陣列中每條監(jiān)測路徑的Lamb波響應(yīng)信號，計(jì)算監(jiān)測路徑的SDC值；通過扇形區(qū)域的半徑監(jiān)測路徑的SDC值確定損傷所在的扇形子區(qū)域；通過三點(diǎn)定位法確定損傷的大致方向，然后對同時經(jīng)過多個扇形子區(qū)域的監(jiān)測路徑進(jìn)行SDC值校正；根據(jù)裂紋對Lamb波作用機(jī)理，利用十字交叉法找出單個扇形子區(qū)域的裂紋方向，通過橢圓權(quán)重模型進(jìn)行扇形子區(qū)域成像，最后將所有扇形子區(qū)域的成像疊加，得到待監(jiān)測結(jié)構(gòu)件的裂紋損傷圖像。本發(fā)明能夠可靠穩(wěn)定的判別裂紋損傷的方向，實(shí)現(xiàn)多裂紋損傷的準(zhǔn)確監(jiān)測和評估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種Lamb波工程結(jié)構(gòu)多裂紋損傷監(jiān)測方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著對結(jié)構(gòu)件安全性以及可靠性要求的不斷提高，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)得到空前發(fā)展。材料在使用過程中，在外部循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，結(jié)構(gòu)件可能會在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，一段時間后，循環(huán)次數(shù)過多就會產(chǎn)生裂紋或完全斷裂。為了防止結(jié)構(gòu)損傷所帶來的危害和損失，必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的評估。

Lamb波的產(chǎn)生以平板自由邊界為前提，當(dāng)板的厚度與監(jiān)測信號波長在同等數(shù)量級的時，縱波與橫波耦合成的一種特殊形式的應(yīng)力波。由于其在板結(jié)構(gòu)中傳播有低衰減特性以及對微小裂紋的高度敏感性，Lamb波被用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，Lamb波結(jié)構(gòu)健康技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)從航空航天領(lǐng)域拓展到土木工程、工業(yè)、鐵路等領(lǐng)域，對保證結(jié)構(gòu)安全、減少人員和財(cái)產(chǎn)損失等方面發(fā)揮著重要的作用。Lamb波層析成像技術(shù)起源于醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)(Computer Tomography)，相比較三角測量法、圓弧定位法，該技術(shù)可以直觀重構(gòu)多損傷的位置、大小等信息，該技術(shù)對于多裂紋損傷監(jiān)測和評估表現(xiàn)出較好的研究前景。

由于Lamb波具有頻散特性以及傳播時的端點(diǎn)效應(yīng)造成的模態(tài)轉(zhuǎn)換，所以將Lamb波用于結(jié)構(gòu)件裂紋損傷監(jiān)測時，監(jiān)測信號可以受到巨大影響，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果不準(zhǔn)確，提升了重構(gòu)裂紋損傷的難度，因此，需要對現(xiàn)有的基于Lamb波層析成像的結(jié)構(gòu)裂紋損傷監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種Lamb波工程結(jié)構(gòu)多裂紋損傷監(jiān)測方法，利用Lamb波響應(yīng)信號獲取待檢測結(jié)構(gòu)件上不同路徑的SDC值，通過SDC值的分析對特殊路徑進(jìn)行校正，最終找出裂紋的位置，重構(gòu)裂紋損傷圖像，能夠有效提高Lamb波結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段：

本發(fā)明提出了一種Lamb波工程結(jié)構(gòu)多裂紋損傷監(jiān)測方法，包括如下步驟：

獲取包括環(huán)形和圓心的壓電陣列，并采集壓電陣列內(nèi)每一條監(jiān)測路徑的Lamb波參考信號；

利用壓電陣列在待監(jiān)測結(jié)構(gòu)件的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)采集每一條監(jiān)測路徑的Lamb波實(shí)際響應(yīng)信號；

根據(jù)Lamb波參考信號和Lamb波實(shí)際響應(yīng)信號計(jì)算每一條監(jiān)測路徑的SDC值；

根據(jù)壓電陣列和監(jiān)測路徑的SDC值從監(jiān)測區(qū)域內(nèi)獲得含有裂紋的扇形子區(qū)域；

利用三點(diǎn)定位法分析每個扇形子區(qū)域內(nèi)的疑似裂紋方向，并根據(jù)疑似裂紋方向從所有監(jiān)測路徑中選取特殊路徑，對特殊路徑進(jìn)行SDC值校正；

根據(jù)校正后的監(jiān)測區(qū)域?qū)γ總€扇形子區(qū)域進(jìn)行SDC值分析，獲得每個扇形子區(qū)域?qū)?yīng)的裂紋方向路徑，并對裂紋方向路徑進(jìn)行SDC值校正；

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

將所有扇形子區(qū)域的裂紋損傷圖像疊加，獲得待監(jiān)測結(jié)構(gòu)件的裂紋損傷圖像。

進(jìn)一步的，采集壓電陣列內(nèi)每一條監(jiān)測路徑的Lamb波參考信號的方法為：