基于超声导波的复杂板结构损伤识别研究

作     者：李德强 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔洪宇

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：超声Lamb波 超声SH波 损伤识别 双曲铝板 加筋板结构 

摘      要：板结构作为船舶与海洋大型工程装备中最基础、最重要的组成部分,其中包括一些复杂的结构形式,比如双曲板、加筋板等,这些复杂板结构一般是由平板通过焊接、铆接和弯板等工艺加工成型,因此其连接部位易产生损伤,威胁到工程装备的安全平稳运行,因此针对复杂板结构进行结构健康监测具有重要意义。本文采用基于超声导波的无损检测技术对复杂板结构进行损伤识别研究。首先对平板中存在的Lamb波和SH波两种导波模式的基本传播理论进行了推导,利用数值方法求解了各自的频散方程;然后针对两种导波模式的频散特征,选择了层析成像算法和离散椭圆算法进行研究,并针对不规则板结构,通过定义三维权重R’改进了RAPID算法,使其能够实现对不规则板结构的损伤定位成像。其次,结合有限元方法,对超声Lamb波在不同波导中的传播进行了数值模拟,通过在平板和曲板中传播形式的对比分析,验证了曲板中周向兰姆波模式与平板中Lamb波的相似性,并应用改进的RAPID算法对双曲板结构进行损伤定位成像;同时,利用施加不同方向位移载荷的方式成功在平板结构中激励出了超声SH波,得到了SH波的基频模态。最后,针对双曲铝板和加筋板分别设计了损伤识别实验:利用基于Lamb波的超声损伤检测技术对焊接双曲铝板的结构缺陷进行了损伤识别研究,采用PZT型压电换能器组成传感器网络,对单个损伤进行了三维定位成像,并且提出应用融合的损伤概率指数I’来表征损伤程度;利用超声SH波对加筋铝板连接处的损伤进行损伤识别,采用一种新型的厚度剪切式(d15)压电换能器组成传感器网络,利用离散椭圆算法对连接处存在的单损伤、多损伤以及损伤程度进行研究,验证了基于超声SH波的无损检测技术识别加筋板焊接结构处损伤的有效性。