[發(fā)明專利]基于埋入式傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料筒段超聲導(dǎo)波損傷診斷方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310048886.6
• 申請(qǐng)日: 2023-02-01
• 公開（公告）號(hào): CN116660375A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 武湛君;張佳奇;楊正巖;馬書義;楊宇;楊雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué);大連君晟科技有限責(zé)任公司;中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所
• 主分類號(hào): G01N29/06
• 分類號(hào): G01N29/06;G01N29/44;H04L67/12
• 代理公司: 北京市銘盾律師事務(wù)所 11763
• 代理人: 常春

本申請(qǐng)公開了基于埋入式傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料筒段超聲導(dǎo)波損傷診斷方法，其包括采用鋪帶工藝進(jìn)行復(fù)合材料筒段結(jié)構(gòu)纏繞制作，將柔性傳感器網(wǎng)絡(luò)布置在筒段的預(yù)定厚度的結(jié)構(gòu)表面；繼續(xù)進(jìn)行鋪帶纏繞實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的埋入，進(jìn)行一體化固化成型；安裝傳感器網(wǎng)絡(luò)的接口，連接超聲導(dǎo)波設(shè)備進(jìn)行信號(hào)的激勵(lì)和采集；采集結(jié)構(gòu)無損超聲導(dǎo)波信號(hào)構(gòu)建基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，通過實(shí)時(shí)信號(hào)與基準(zhǔn)超聲導(dǎo)波信號(hào)對(duì)比實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷診斷。利用本申請(qǐng)的方法可對(duì)復(fù)合材料筒段進(jìn)行全壽命健康監(jiān)測，可具有實(shí)時(shí)損傷診斷的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，特別涉及復(fù)合材料筒段超聲導(dǎo)波損傷診斷方法。

背景技術(shù)

筒段結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于機(jī)身艙段、火箭貯箱、導(dǎo)彈發(fā)射筒等大型筒形裝置，其構(gòu)造復(fù)合材料化已成為結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化發(fā)展的重要方向。與傳統(tǒng)金屬筒段結(jié)構(gòu)相比，復(fù)合材料損傷的發(fā)生與擴(kuò)展更具隱蔽性和突然性，因此需要開展復(fù)合材料筒段結(jié)構(gòu)的損傷在線監(jiān)測研究。基于壓電傳感器的超聲導(dǎo)波技術(shù)具有覆蓋范圍大、監(jiān)測效率高等技術(shù)優(yōu)勢，適用于大尺度結(jié)構(gòu)的損傷診斷方法開發(fā)。其基本原理是在結(jié)構(gòu)上布設(shè)分布式壓電傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過激勵(lì)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生超聲導(dǎo)波并由其余傳感器則接收超聲導(dǎo)波信號(hào)，通過監(jiān)測各路徑導(dǎo)波信號(hào)在損傷狀態(tài)前后的變化對(duì)監(jiān)測區(qū)域的損傷情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前針對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行超聲導(dǎo)波損傷診斷應(yīng)用時(shí)，多為在已經(jīng)成型的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行壓電傳感器安裝，這會(huì)受到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)表面形狀和結(jié)構(gòu)裝配情況的影響，導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)布置受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題中的至少一種，提供一種改進(jìn)的復(fù)合材料筒段超聲導(dǎo)波損傷診斷方法。

為此，本申請(qǐng)的一些實(shí)施例提供了一種基于埋入式傳感器網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料筒段超聲導(dǎo)波損傷診斷方法，該方法包括步驟：形成所述復(fù)合材料筒段，其中所述復(fù)合材料筒段的預(yù)設(shè)厚度內(nèi)布設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，并提供連接所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的接口；通過所述接口將所述傳感器網(wǎng)絡(luò)與超聲導(dǎo)波設(shè)備相連，使用所述超聲導(dǎo)波設(shè)備的信號(hào)激勵(lì)部分提供激勵(lì)信號(hào)并通過所述傳感器網(wǎng)絡(luò)在筒段結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生基準(zhǔn)超聲導(dǎo)波信號(hào)和實(shí)時(shí)超聲導(dǎo)波信號(hào)，并由所述超聲導(dǎo)波設(shè)備的信號(hào)接收部分獲取由所述傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的所述基準(zhǔn)超聲導(dǎo)波信號(hào)和實(shí)時(shí)超聲導(dǎo)波信號(hào)；其中所述基準(zhǔn)超聲導(dǎo)波信號(hào)為在復(fù)合材料筒段結(jié)構(gòu)完整性良好狀態(tài)下采集所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的超聲導(dǎo)波傳播路徑上的超聲導(dǎo)波信號(hào)；其中所述實(shí)時(shí)超聲導(dǎo)波信號(hào)為在試驗(yàn)環(huán)境或在役環(huán)境下實(shí)時(shí)采集的所述傳感器網(wǎng)絡(luò)的所述超聲導(dǎo)波傳播路徑上的超聲導(dǎo)波信號(hào)；通過將所述實(shí)時(shí)超聲導(dǎo)波信號(hào)與所述基準(zhǔn)超聲導(dǎo)波信號(hào)計(jì)算路徑損傷因子，逐個(gè)計(jì)算每個(gè)傳播路徑各自的路徑損傷因子，基于所有計(jì)算得到的路徑損傷因子，通過加權(quán)成像算法進(jìn)行損傷概率重構(gòu)成像，從而實(shí)現(xiàn)所述復(fù)合材料筒段的損傷位置的診斷。

在一些實(shí)施例中，形成所述復(fù)合材料筒段的步驟包括：根據(jù)所述復(fù)合材料筒段的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行基于至少四個(gè)傳感器的傳感器網(wǎng)絡(luò)布局設(shè)計(jì)，然后通過將所述傳感器的傳感單元及連接所述傳感單元電極的導(dǎo)線內(nèi)嵌于絕緣材料中構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于埋入所述所述復(fù)合材料筒段；進(jìn)行所述復(fù)合材料筒段的纏繞制作，在纏繞到達(dá)預(yù)定厚度之后，將所述傳感器網(wǎng)絡(luò)按照布局設(shè)計(jì)位置安裝在所述預(yù)定厚度的結(jié)構(gòu)表面；所述傳感器網(wǎng)絡(luò)安裝完成后，繼續(xù)進(jìn)行復(fù)合材料鋪帶的纏繞直至將傳感器網(wǎng)絡(luò)除所述接口預(yù)留位置外完全包裹；以及對(duì)所述復(fù)合材料筒段進(jìn)行高溫高壓固化成型。

在一些實(shí)施例中，將所述傳感器網(wǎng)絡(luò)被設(shè)置為使得其超聲導(dǎo)波傳播路徑覆蓋被監(jiān)測區(qū)域。

在一些實(shí)施例中，所述傳感器是壓電傳感器，所述傳感單元是壓電晶片，所述導(dǎo)線是銅箔導(dǎo)線，從而構(gòu)成柔性傳感器網(wǎng)絡(luò)。

在一些實(shí)施例中，所述復(fù)合材料是碳纖維樹脂基復(fù)合材料。

在一些實(shí)施例中，所述激勵(lì)信號(hào)被選擇為經(jīng)漢寧窗調(diào)制的多周期正弦信號(hào)。

在一些實(shí)施例中，所述路徑損傷因子為所述基準(zhǔn)超聲導(dǎo)波信號(hào)的時(shí)域能量與所述基準(zhǔn)超聲導(dǎo)波信號(hào)和所述實(shí)時(shí)超聲導(dǎo)波信號(hào)之間的差異信號(hào)的時(shí)域能量的比值