缝类缺陷对Lamb波的影响研究

为了对金属薄板中缝缺陷进行Lamb波无损检测,采用短时傅里叶变换(STFT)和经验模态分解(EMD)方法,对ST12冷轧板中有无缺陷时采用一发一收方式激励出的Lamb波时域信号进行研究.结果表明,时频分析方法可有效地识别Lamb波模式以及模式转换现象,并且与Lamb波信号相关系数最高的固有模态信号(IMF)的平均瞬时频率的变化量和缺陷程度(缝深和缝长)也有较好的对应关系.     

激光超声技术下的运动损伤非接触检测方法

为解决运动损伤检测误差大、用时长的问题，提高检测效果，提出激光超声技术的运动损伤非接触检测方法。利用激光超声技术对人体运动损伤区域进行扫描，使用简谐振动方法建立运动损伤传输模型采集Lamb波信号；对采集到的Lamb波信号通过连续小波变换方式进行预处理，抑制传输时的干扰信号；利用多模态融合方法提取Lamb波中不同模态的能量数值作为信号特征值，分析Lamb波信号中不同模态的能量数值，利用移动的时间窗计算模态能量值，将能量数值异常的信号区域转化为反射畸变特征的图像区域，采用Neumann neighbor求解此区域Lamb波信号能量异常值，比较每个像素点与其邻近像素点的能量差异，以确定运动损伤位置成像像素点，完成运动损伤检测。测试结果表明，所提方法能够完成非接触检测不同部位运动损伤，且损伤检测图像的信噪比达到42 dB，检测精度高于95%，检测均方误差值最大值为0.05，检测耗时低于4 s，解决了运动损伤检测误差大，耗时长的问题，提高了运动损伤非接触检测效果，具有可广泛使用的价值。     

碳纤维层合板Lamb波损伤检测的加权块稀疏成像法

针对Lamb波稀疏阵列损伤成像方法中存在的成像分辨率低、伪点干扰大的问题,基于损伤在被测结构中的稀疏先验,提出了一种加权块稀疏重构的Lamb波损伤成像方法。首先通过Lamb波在薄板类结构中的线性传播模型,结合稀疏传感器阵列信息,构造过完备Lamb波散射的块稀疏字典;其次将测量得到的Lamb波散射信号在所构建的过完备字典下进行稀疏表示,将Lamb波损伤成像问题转化为加权l_1范数最小化的凸优化问题;最后通过谱梯度投影法,求解所建立的加权块稀疏凸优化模型,得到损伤散射信号在该字典下的稀疏表示系数并以此作为损伤指标,实现对被测结构的损伤成像。碳纤维层合板上的模拟损伤成像结果表明:所提方法在单损伤成像中的定位误差为3.16 mm,在双损伤成像中的最大定位误差为4.24 mm。实验验证了所提方法的有效性,与传统延迟叠加成像法的对比表明,所得损伤成像结果具有更高的分辨率,更小的伪点干扰,但同时也需要更大的计算量。     

变化温度下的超声导波板状结构健康监测

超声导波结构健康监测技术在板状构件的缺陷诊断中易受温度干扰,影响阵列对损伤成像的精度。在不同温度下进行兰姆(Lamb)波损伤检测的实验,基于最优基线法(OBS)和基线信号拉伸法(BSS),引入了局部时移,对时域信号进行精确补偿。通过最优基线法筛选出参考信号,添加局部时移实现各波包上的时间补偿,通过基线拉伸完成温度补偿。改进后的温度补偿法能够将温度采集范围由1℃拓宽至10℃,且能够对信号上各波包进行温度补偿。结合椭圆定位法,确保在变化温度下成像的相对误差低于9%。通过实验验证了优化后的温度补偿法的有效性,能够准确识别环境温度变化下的结构损伤。     

基于Lamb波混合成像算法的薄板结构损伤定位

针对传统椭圆法和双曲线法对结构损伤定位不精确的问题,提出了一种基于Lamb波的混合成像算法。该算法将椭圆法和双曲线法相结合,在使用相同数量传感器的条件下提高对信号数据的利用率,从而提高损伤定位的精度。通过有限元仿真对该算法进行验证,即建立一个无损伤模型和多个有损伤模型,模拟压电传感器以双面同相的激励方式获得单一模态的Lamb波,从而获得损伤的反射信号。用混合成像算法和传统椭圆法对仿真模型分别进行损伤定位。成像结果对比表明,混合成像算法对损伤的定位更精确,而且在结构有多处缺陷的情况下能检测到传统椭圆法无法识别出的损伤。     

离散解析互相关的Lamb波频散特性估计方法

针对实验估计Lamb波频散特性需要借助传感器阵列或空间密集采样的问题,提出了一种基于离散解析互相关的频散特性估计方法。采用一发一收法,移动接收换能器在两个相邻位置采集Lamb波响应信号;计算两组响应信号之间以及原始激励信号与响应信号之间的离散解析互相关、估计欲知模态的群延迟和相延迟;在此基础上,求得该模态的群速度和相速度频散曲线。数值仿真和实验结果表明:当信噪比在15 dB以上时,离散解析互相关法估计A_0模态和S_0模态频散特性的最大相对误差在1%左右。该方法在待测结构几何参数和材料属性未知的情况下,仅需经过两次测试就可实现Lamb波频散特性的精确估计,测试和计算效率高,能够满足实际工程应用。     

基于波包分解的主动Lamb波结构损伤监测方法

主动Lamb波结构健康监测研究中,监测信号的质量易受到环境参数变化以及人为操作误差的影响。在分析Lamb波传播特性以及主动Lamb波结构损伤监测技术原理基础上,研究采用波包分解方法获取Lamb波损伤散射信号。通过相关运算,从损伤结构响应信号中分离出健康响应信号部分,实现损伤散射信号的获取。给出了方法的基本原理和实现过程。结合时间反转损伤成像监测方法,在真实环氧玻璃纤维复合材料板结构上进行了实验验证,并与传统损伤散射信号获取方法进行了对比。实验结果表明,该方法能够较好的消除环境参数变化等误差对监测信号带来的影响,具有较好的实用性。     

三维埋藏裂纹的非线性Lamb波敏感性研究

采用数值模拟的方法,建立三维埋藏损伤裂纹单元,对非线性Lamb波的敏感性进行研究.利用ABAQUS软件,通过拉伸的方式建立损伤裂纹单元并将其嵌入长板模块中,形成一种肉眼不可见的埋藏裂纹模型,通过侧面激发出单S0模态信号与板中埋藏裂纹的相互作用而产生非线性效应.在相同激励条件下改变裂纹的尺寸从而获得不同的时域接收信号,然后对接收信号进行频谱分析,并对谐波与基波信号幅值比的变化展开研究.频谱图的数值结果表明,非线性Lamb波信号对三维模型中不同尺寸的裂纹具有不同的反应灵敏度,非线性信号会随着裂纹长度或高度的增加而增强,会随着裂纹厚度的增加而变弱,即非线性Lamb波对薄的微裂纹具有更高的敏感性;幅值比的分析表明,该参数可以作为Lamb波早期微裂纹检测的重要指标.     

基于波包能量的裂纹扩展监测实验研究

采用主动Lamb波监测技术对铝板结构中的疲劳裂纹扩展进行了实验研究.首先通过布置在结构中的压电片激发并采集Lamb波信号.然后分别把Lamb波信号的原始信号、信号包络及其特定尺度上的小波系数模值定义为波包,并建立了不同定义下波包能量的计算公式.将结构在裂纹扩展过程中传感器所接收的Lamb波So模式波包能量与健康状态下所得到的波包能量进行对比,得到每个裂纹扩展阶段的能量差,将其归一化后得到相应的裂纹损伤特征参数.最后通过实验分析得到该损伤特征参数与裂纹扩展程度之间的对应关系,从而揭示出Lamb波随裂纹扩展的变化规律.实验结果表明,利用上述方法所得到的裂纹损伤特征参数随裂纹扩展表现出特定的变化规律.该规律对于裂纹监测的进一步研究具有促进作用.     

基于非线性Lamb波混频技术的复合板微裂纹方向识别研究

以非线性Lamb波混频技术为基础,对复合板中不同方向的微裂纹进行检测.采用数值模拟的方法,在三维复合板中通过提取和频分量,对Lamb波S0模态信号与微裂纹之间的非线性关系进行研究.利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,将微裂纹嵌入复合板模型的中心位置,并在板的四周加入混合人工吸收边界.在保持混频激励信号不变的情况下,...     

轴向环形界面裂纹的弹性波散射

自从１９７９年Ｎｅｅｒｈｏｆ首次研究了加层半空间中有限宽平面界面裂纹对Ｌｏｖｅ波的散射问题以来，界面裂纹的弹性波散射问题为众人所日益关注．近年来在这方面已有了一系列的研究工作．然而，其中大多数处理的是分层介质中的平面界面裂纹问题．本文考虑了轴向环形界面裂纹与弹性波的相互作用问题．利用Ｆｏｕｒｉｅｒ积分变换，将问题演化为一组对偶积分方程，并借助于雅可比多项式，给出了问题的级数解，最后得出了散射场在裂纹尖端附近的应力强度因子及远场位移模式的表达式，并对散射场的近场及远场特性进行了分析     

基于比例边界有限元法的Lamb波在板中传播的模拟分析

基于比例边界有限元法对Lamb波在板中遇到多裂纹、内置竖向和横向裂纹以及凹陷时的传播行为进行模拟,在入射波模态为S_0和A_0这2种情况下,改变内置裂纹的开裂角与深度、凹陷的弧度,对反射波的模态振幅进行分析。研究表明,在同一薄板上,不同的裂纹形态对于波形的增幅有所不同。反射波的模态振幅随着裂纹深度与开裂角的增大基本呈增大趋势,Lamb波的激发模态为A_0时,随着板中内置裂纹开裂角的增大,反射波模态振幅的增大效果与激发模态为S_0时相比更为明显。当激发的入射波模态为S_0时,反射波中的模态振幅随着板上凹陷的减缓,减小幅度更大。     

基于矢量波数变换法的主动源瑞雷波多模式提取方法在近地表地层结构探测中的应用研究

基于瞬态多道面波分析法(MASW)的数据采集方式, 对矢量波数变换法(VWTM)、相移法和高分辨率拉东变换法3种瑞雷波频散成像方法进行对比分析。首先, 采用合成地震数据对比3种方法的成像效果, 发现VWTM在成像精度和成像质量方面都有很大的优势, 成像分辨率高, 与理论频散曲线拟合准确, 高阶模式成像效果突出, 且抗噪能力也优于另两种方法。然后, 采用实际多道瞬态面波数据进行对比分析, 发现与相移法和拉东变换法相比, VWTM在瑞雷波基阶模式成像精度和高阶模式成像质量方面仍具有优势。采用遗传算法对比基阶与高阶频散曲线反演结果, 发现含有高阶模式的多模式频散曲线联合反演的多解性明显降低, 反演结果精度更高, 也更稳定。在实际瞬态瑞雷波勘探实践中, VWTM能够高质量地提取多模式瑞雷波频散特征, 可为多模式面波频散联合反演提供可靠的基础数据。研究结果表明, 将VWTM法与有效的反演方法相结合, 可以极大地提高瑞雷波浅地层探测能力和探测精度。     

液—固密度比对漏Lamb波色散特性的影响

基于对液体载荷固体板中漏ｈａｍｂ波传播模复波谱的计算，研究了液—固密度比对漏Ｌａｍｂ波色散特性的影响．计算结果表明，当液体密度接近固体密度时，一般认为的漏Ｌａｍｂ波和自由界面的Ｌａｍｂ波色散曲线基本一致的假设是不正确的．增大液—固密度比将导致漏Ｌａｍｂ模之间的相互作用，并发生部分漏Ｌａｍｂ模的重合、互易和分离现象．当液体密度从极稀薄向极稠密交大时，漏Ｌａｍｂ波的色散曲线从自由界面的Ｌａｍｂ模向法向位移为零的滑移突持边界条件的情况过渡．     

Radon变换方法重建高维波动方程声速系数

研究了高维波动方程的反问题，根据奇性解的演化去求声速的Radon变换，将反问题的解转化为Radon反变换，而Radon反变换能够只根据外部测量数据重建内部截面图像，计算实例证实了这种方法的有效性。     

管道中Lamb波两维FFT模式分析

利用两维FFT对管道中传播的Lamb波模式进行了分析。两维FFT系统包括激光探针，数字示波器，移动平台，计算机等。由激光探针实现空间采样，由数字示波器实现时采。借助于本系统，我们从实验上分析了铝管中传播的Lamb波模式。实验结果与理论计算比较可以看出，两维FFT方法可以有效的管道中传播的Lamb波模式进行定量分析。同时可以看出边缘激发的方法可以用于实现单一模式的激发。     

基于Lamb波无基准方法的裂纹检测

传统的结构健康监测技术容易受到温度、振动噪音等与结构缺陷无关的因素影响.为了克服这一缺陷,发展了一种基于传递阻抗的无基准裂纹检测方法.该方法既不需要基准数据,也不需要损伤阈值,而是利用裂纹导致的Lamb波模式转换效应和PZT极化特性从两组并排的PZT元件间获取传递阻抗,通过比较传递阻抗的能量来判断裂纹是否存在.仿真和实验表明,该方法无需选择最优的激励频率和采样时间即可实现对裂纹的检测,具有较强的鲁棒性和适用性.