[發明專利]基于改進最小方差成像的復合材料損傷輪廓識別方法

在審

• 申請號: 202210901402.3
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115166042A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 華佳東;屈婉;林京;苗永浩;都待堯
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/06;G01N29/44;G06F17/15
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

本發明提供了一種基于改進最小方差成像的復合材料損傷輪廓識別方法，其包括：給定稀疏傳感陣列和檢測區域，激發傳感器獲取導波陣列信號，獲取所有損傷反射位置可能的網格組合方式并設定約束條件，對滿足約束條件的每種網格組合方式，采用改進的最小方差成像算法，運用采集到的N組導波陣列信號，分別計算像素值來表示損傷邊界的概率，根據每種網絡組合方式的像素值，對損傷輪廓進行識別。本發明實現了利用蘭姆波對復合材料板分層損傷輪廓的定量識別，準確率較高，效率相較于同類型方法更高，運算要求更低。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，特別是一種基于改進最小方差成像的復合材料損傷輪廓識別方法。

背景技術

復合材料具有質量輕、強度高、剛度大、耐腐蝕、抗疲勞性能好等優點，可以顯著降低裝備結構重量，已經成為航天、航空等領域中不可或缺的重要結構材料之一。復合材料是由兩種及以上的材料復合而成，容易在加工制造和使用中產生分層、脫粘、夾雜等損傷。這些損傷在外載荷作用下，會導致材料的提前破壞，從而降低結構的可靠性，縮短使用壽命。隨著復合材料板結構的應用越來越廣泛，損傷檢測的需求也不斷增加。傳統的損傷定性分析已經不能滿足結構的健康分析，需要對損傷的位置、形狀和尺寸進行定量識別。

復合材料板的分層損傷大都位于結構內部，無法通過表面狀態來判斷，常通過無損檢測來探測。超聲波具有方向性好、穿透能力強、能量高等優異特點，在遇到界面時會發生反射、折射和透射等變換，能有效地反映結構內部的損傷信息，在無損檢測領域獲得了極高的關注度。其中蘭姆波是激勵波波長與波導厚度處于同一數量級時，產生的特殊應力波，本質上是二維的，衰減更小，傳播距離更長，在薄板結構的檢測中具有更大的優勢。近年來，陣列傳感器技術通過信號空間域特征增強有效信號，能有效提取空間信息，常用于結構損傷檢測。基于陣列信號，本領域學者發展了橢圓定位、延時求和、最小方差和稀疏重構等損傷定位成像算法。在這些傳統算法中，損傷被定義為點狀，但實際中損傷在結構中會占據一定的物理空間。復合材料板的分層損傷尺寸是判斷結構是否失效的重要指標，故而不僅需要對損傷進行定位，還需要定量估計損傷的尺寸和形狀，上述的傳統算法都無法準確識別損傷狀態。因此，為解決上述問題，尋求一種基于改進最小方差成像的復合材料損傷輪廓識別方法，以實現了復合材料板損傷狀態的準確識別是十分迫切且相當重要的。

發明內容

本發明針對上述現有技術中的缺陷，提出一種基于改進最小方差成像的復合材料損傷輪廓識別方法。該方法包括給定稀疏傳感陣列和檢測區域，激發傳感器獲取導波陣列信號，獲取所有損傷反射位置可能的網格組合方式并設定約束條件，對滿足約束條件的每種網格組合方式，采用改進的最小方差成像算法，運用采集到的N組導波陣列信號，分別計算像素值來表示損傷邊界的概率，根據每種網絡組合方式的像素值，對損傷輪廓進行識別。本發明實現了利用蘭姆波對復合材料板分層損傷輪廓的定量識別，準確率較高，效率相較于同類型方法更高，運算要求更低。

本發明提供一種基于改進最小方差成像的復合材料損傷輪廓識別方法，其包括以下步驟：

S1、給定稀疏傳感陣列和檢測區域，激發傳感器獲取導波陣列信號：

S2、獲取所有損傷反射位置可能的網格組合方式并設定約束條件；

S3、對滿足約束條件的每種網格組合方式，采用改進的最小方差成像算法，運用步驟S1采集到的N組導波陣列信號，分別計算像素值來表示損傷邊界的概率；

S31、蘭姆波從一個特定的第n個發射-接收傳感器組中發射導波陣列信號的傳感器位置(x_n1，y_n1)經網格組合方式a反射到接收導波陣列信號的傳感器位置(x_n2，y_n2)的傳播距離d_n(a_k)為：

其中，a_k和(x_ak，y_ak)分別表示網格組合方式a中的第k個點及其坐標；