基于主被动技术融合的风机叶片结构健康监测技术研究

摘要

近年来，风力发电技术已成为低碳社会能源需求的首选技术。针对于风力发电机组叶片的结构健康监测技术也得到了长足的发展。基于Lamb波和声发射技术的结构健康监测技术是目前的研究热点，而目前利用主动监测技术和被动监测技术进行风机叶片健康监测的技术手段各有优势，在冲击至损伤的不同阶段各自有着不同的优势。文章提出了一种主被动技术融合的风机叶片结构健康监测技术，结合主被动技术的定位成像信息，协同主被动机制的监测过程，提高损伤信息的精度，丰富损伤信息层次。
　　文章讨论了国内外针对于叶片的结构健康监测技术研究的进展；提出了文章的研究方向及研究目的；分析了压电传感器应用于激励和传感时的原理；分析了Lamb波在结构中传播时的传播特征和模态特性，进而分析了传统意义中主动方法和被动方法的作用原理。
　　文章研究了主被动技术融合的原理和意义；提出了融合的三个层次。以这三个层次为目标，研究了所需要的基础技术；研究了传感器阵列排布方案；研究了基于波速修正值和距离权值的被动损伤定位成像方案，提出了定位损伤矩阵的概念；研究了无波速的主动监测技术，给出了定位损伤矩阵的数学表达式。实验验证表明，传感器阵列和新的方法能够有效地进行损伤定位与成像，支撑主被动技术融合的各个层次。
　　文章研究了主被动技术融合的三个层次。在定位数据层次，对损伤定位成像矩阵进行融合，得到新的定位信息；在成像策略层次，提出被动方法信息偏重于定位而主动方法信息偏重于范围及发展的成像方案，利用被动定位信息来修正主动方法的成像结果；研究了主被动技术融合的协同机制层次，给出了在整个冲击发生到损伤扩展过程中，主被动协同系统的工作原理及损伤信息诊断流程。实验验证表明，主被动技术融合方法在定位数据和成像策略层次都能够有效地进行损伤信息融合，新得出的损伤诊断结果的层次与内涵与单方法比较有显著提升。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外发展研究现状及技术现状

1.3本文的研究意义及研究点

第二章 Lamb波理论及主被动监测技术基础

2.1 Lamb波传导理论

2.2基于压电传感器的Lamb波激励与传感过程

2.3基于冲击响应的被动结构健康监测技术

2.4主动健康监测技术

2.5本章小结

第三章 主被动技术融合原理及相应基础技术改进

3.1主被动技术融合

3.2传感器阵列排布方案及实验环境

3.3基于距离权值和波速修正值的被动定位成像

3.4无波速主动监测定位与成像方法

3.5本章小结

第四章 主被动技术不同层次的融合研究

4.1三个层次的融合意义

4.2主被动监测技术的数据定位融合

4.3成像策略层次的融合研究

4.4主被动协同机制的研究

4.5本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士期间撰写的论文

附录2 攻读硕士期间参加的科研项目

致谢