Lamb波混合成像算法及其在薄壁结构健康监测中的应用

摘要

随着人们对安全的重视，结构健康监测逐渐成为研究的热点。薄板结构在航空航天等领域的广泛应用，让其成为无损检测的主要对象。Lamb波具有传播速度快、能量衰减小、对损伤敏感等特点，是薄壁结构损伤检测的有效工具。
　　本研究主要内容包括：⑴根据超声波的位移运动方程，推导出Lamb波传播时的频散方程。由频散方程绘制了Lamb波在铝板中传播时的群速度频散曲线和相速度频散曲线，得到了Lamb波传播时的波动特性。⑵根据Lamb波的波动特性确定了损伤检测的激励信号，同时对Lamb波的传播速度进行校验。分析Lamb波的入射及反射原理，推导出损伤指标的计算公式。利用有限元建立损伤识别模型，计算不同损伤程度下的损伤指标。结果表明损伤指标计算公式的正确性，并给定损伤阈值D0用于对薄板结构的损伤识别。⑶以椭圆法和双曲线法为基础提出混合成像算法，阐述了混合成像算法的基本原理。利用有限元建立损伤定位模型，并利用混合成像算法和椭圆法分别对仿真结果进行数值成像。根据两者的成像结果可知，相比于传统的椭圆法，混合成像算法对损伤的定位更精确。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 结构健康监测

1．2．2 超声波在无损检测中的应用

1．3 本文的主要研究内容

第2章 超声波传播的基本原理

2．1 超声波传播的波动方程

2．1．1 介质中质点的应力运动方程

2．1．2 应变位移方程

2．1．3 均匀各向同性介质的本构方程

2．1．4 位移运动方程

2．1．5 位移运动方程的分解

2．2 Lamb波在板中的传播

2．2．1 求解波动方程

2．2．2 Lamb波的对称模态和反对称模态

2．3 超声Lamb波的频散方程曲线

2．4 本章小结

第3章 基于Lamb波的损伤识别

3．1 Lamb波激励信号的选择

3．2 Lamb波传播速度的确定

3．3 损伤指标

3．3．1 损伤指标的确定

3．3．2 损伤指标的仿真验证

3．4 本章小结

第4章 基于Lamb波的薄壁结构损伤定位混合算法

4．1 损伤定位的原理

4．1．1 椭圆定位算法

4．1．2 双曲线定位算法

4．2 混合成像定位算法

4．2．1 反射系数的确定

4．2．2 信号幅值归一化及反射信号的计算

4．2．3 成像计算

4．3 算法的仿真验证

4．3．1 仿真模型的建立

4．3．2 损伤成像及成像结果对比

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目