用于板结构健康监测的磁致伸缩传感器的研究

摘要

应用超声应力波对结构损伤进行快速准确地检测是结构健康监测领域的一种新兴技术。目前利用压电材料的压电效应激励和接收超声应力波是该检测技术使用较为广泛的一种方法，近年来，一种利用铁磁性材料的磁致伸缩特性来激励和接收超声应力波的磁致伸缩传感器，凭借其结构简单，价格低廉，非接触性等优点，受到了广泛关注。本文在前人对磁致伸缩传感器研究的基础上，对用于非铁磁性板结构健康监测的磁致伸缩传感器设计进行了研究。首先根据应力波传播理论，得出超声应力波在板结构中传播的弥散关系，为磁致伸缩传感器的设计提供理论基础；然后从材料的微观结构介绍磁致伸缩现象的发生机理，据此推导利用材料磁致伸缩特性激励接收SH型应力波的发生条件，从而提出一种用于非铁磁性板结构健康监测的SH型磁致伸缩传感器；然后用小波变换对传感器激励和接收到的应力波信号进行时频分析，提取特征信息，量测出应力波在板结构中的实际传播速度，并与理论弥散曲线进行对比，从而验证传感器设计的可行性；在此基础上将传感器应用于铝板结构损伤检测研究，分析确定损伤位置；最后运用ANSYS优化设计理论，优化磁致伸缩传感器设计，提高传感器功效。实验结果表明了本文提出的用于板结构健康监测的磁致伸缩传感器的可行性和有效性。