基于Lamb波与光学低相干的薄板损伤检测技术研究

摘要

薄板结构越来越多地出现在了工业领域，如风力机叶片、航空航天器等，这些薄板的安全问题直接影响到整个系统结构，时常可以看到由薄板蒙皮破裂引起的风力机损毁、飞机坠毁的事故，因此必须发展薄板健康监测技术，能够在薄板损伤发生的初期被人们识别，达到减小经济损失、保护人生命安全的目的。 本文概述了薄板的损伤检测方法，并选定导波（Lamb波）为损伤检测手段。借助Matlab对LF21铝板试件进行了Rayleigh-Lamb频率方程的数值计算，绘制出了试件的频散曲线，分析了部分试件参数变化对频散曲线的影响，为不同材料的Lamb波损伤检测提供理论参考。以压电元件为传感器，搭建了一套Lamb波损伤检测系统，实验测量了A0、S0模态的部分频率速度值，并与Matlab仿真结果作对比，表明搭建的Lamb波损伤检测系统是可行的。在试件上制作了一个直径8mm的圆孔模拟损伤，并用该系统实现了损伤定位，误差为1cm。 对大型薄板结构，大量的压电传感器会带来大量耦合剂和导线布置的麻烦。文中提出了用光学低相干原理采集Lamb波信号的方法，其特点是非接触式，无需耦合剂和导线与薄板接触，可进行扫描检测。搭建了基于光纤Michelson干涉仪的低相干测量系统，在铝板被测部位贴上反射镜，用铝板Lamb波振动去改变干涉系统的光程差，通过分析处理干涉仪输出信号来检测铝板中的Lamb波。实验中Lamb波激励分别取三种不同类型的信号：正弦激励、加窗正弦激励、冲击激励，结果表明该系统能够对试件上的Lamb波进行检测。在铝板上布置了压电激励器和距离为2cm的测量点，通过对比损伤前后功率谱密度差异，初步验证了光学低相干方法用于薄板损伤检测的可行性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表

声明

第一章 绪论

第二章 Lamb波损伤检测原理

第三章 铝板试件损伤定位研究

第四章 基于光学低相干的Lamb波检测技术研究

第五章 总结与展望

参考文献

致 谢

在学期间发表论文和科研成果

附录A 实验装置图片