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基于频散补偿与路径-波速映射的损伤成像

仪器仪表学报 2019年第4期40卷 207-215页

作者：陶静雅袁慎芳南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室

现有损伤成像算法应用于真实复杂的航空结构时,由于结构的各向异性、复杂边界反射以及导波自身频散特性的影响,成像效果往往较差,应用时误差较大,甚至不能成像。针对上述问题,提出了一种基于频散补偿与路径-波速映射的结构损伤成像方法... 详细信息

现有损伤成像算法应用于真实复杂的航空结构时,由于结构的各向异性、复杂边界反射以及导波自身频散特性的影响,成像效果往往较差,应用时误差较大,甚至不能成像。针对上述问题,提出了一种基于频散补偿与路径-波速映射的结构损伤成像方法,首先针对各向异性影响下的结构实现损伤散射波包的频散补偿,以优化导波幅值特征,其次基于路径-波速映射法解决各向异性所带来的导波时差获取误差大的问题。所提方法在含有加筋和开口的复合材料结构上进行了验证,结果显示损伤成像的准确率得到了明显优化。

关键词：复杂结构复合材料频散补偿损伤成像结构健康监测

基于虚拟时间反转的高分辨率复合材料板结构损伤成像

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复合材料学报 2012年第1期29卷 183-189页

作者：蔡建石立华袁慎芳解放军理工大学工程兵工程学院南京210007 南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

针对传统时间反转(TR)方法消除Lamb波传播时间和操作复杂的问题,提出了虚拟时间反转(VTR)方法。该方法采用换元激励和接收机制以保留时间信息,并运用信号运算代替物理TR操作。讨论了基于阶跃激励获取损伤监测路径传递函数的VTR实现过程... 详细信息

针对传统时间反转(TR)方法消除Lamb波传播时间和操作复杂的问题,提出了虚拟时间反转(VTR)方法。该方法采用换元激励和接收机制以保留时间信息,并运用信号运算代替物理TR操作。讨论了基于阶跃激励获取损伤监测路径传递函数的VTR实现过程。提出了基于VTR的高分辨率损伤成像方法。为了降低复合材料各向异性的影响,在成像中进行了速度修正。实验结果表明,VTR方法能对碳纤维复合材料板中的Lamb波损伤散射波包进行部分再压缩和TR聚焦,通过本文中成像方法也能清晰显示出板中单个和两个近邻损伤。

关键词：复合材料 Lamb波时间反转损伤成像分辨率

基于MVDR加权稀疏重建的CFRP损伤成像

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复合材料学报 2024年第10期41卷 5673-5686页

作者：冯继启叶波邹杨坤朱之贞杨常春昆明理工大学信息工程与自动化学院昆明650000 昆明理工大学云南省智能控制与应用重点实验室昆明650000 昆明理工大学民航与航空学院昆明650000 陆装驻重庆军代局驻昆明地区第一军代室昆明650000

碳纤维增强复合材料(CFRP)因性能优异而广泛用于航天等领域,其在服役中会出现损伤。利用稀疏重建(SR)算法可对CFRP损伤进行成像,定位损伤位置,但因原子失配问题会造成伪影,甚至误判损伤。针对上述问题,提出一种最小方差无失真响应(MVDR... 详细信息

碳纤维增强复合材料(CFRP)因性能优异而广泛用于航天等领域,其在服役中会出现损伤。利用稀疏重建(SR)算法可对CFRP损伤进行成像,定位损伤位置,但因原子失配问题会造成伪影,甚至误判损伤。针对上述问题,提出一种最小方差无失真响应(MVDR)加权的稀疏重建成像法。将CFRP监测区域划分为若干网格点,基于Lamb波散射模型构造字典,与散射信号和稀疏解变量组成SR模型;其次用MVDR成像法进行成像,基于成像结果构建MVDR权重因子,以此对稀疏解变量进行加权;最后采用基追踪去噪算法求解加权SR模型,得到最优稀疏解并转换为像素值,实现CFRP的损伤成像。CFRP损伤成像实验结果表明:所提方法在相同正则化参数下成像效果均优于SR成像法,而在3种不同正则化参数下的定位误差相比SR成像法分别降低了72.9 mm、77.4 mm与14.7 mm;在4种不同损伤位置下,MVDR-SR成像法成像结果具有更少的伪影,损伤定位误差最大为7.9 mm,相比MVDR和SR成像法具有更好的成像性能,验证了所提方法的正确性和有效性。

关键词： CFRP 稀疏重建 MVDR权重因子 Lamb波损伤成像

基于改进空间滤波器的复合材料结构损伤成像方法

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复合材料学报 2011年第1期28卷 186-193页

作者：王瑜袁慎芳邱雷南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室南京210016 南京审计学院信息科学学院南京210029

为降低Lamb波在复合材料结构中传播时存在的频散现象和各方向传播特性的不一致性给损伤监测带来的困难,提出一种利用Hilbert变换改进的空间滤波器对复合材料结构损伤进行成像的方法。分析了基于空间滤波器的信号合成成像原理,在此基础... 详细信息

为降低Lamb波在复合材料结构中传播时存在的频散现象和各方向传播特性的不一致性给损伤监测带来的困难,提出一种利用Hilbert变换改进的空间滤波器对复合材料结构损伤进行成像的方法。分析了基于空间滤波器的信号合成成像原理,在此基础上利用Hilbert变换构造传感器时域响应信号的解析信号参与到信号合成成像过程中。通过对仿真声源的成像实验,验证了该方法的可行性,通过对碳纤维复合材料板结构上激励源和损伤的成像实验,验证了该方法的功能。研究表明该方法能够识别损伤相对于压电传感器阵列的角度位置和损伤散射信号的到达时刻。

关键词：结构健康监测复合材料空间滤波器损伤成像压电传感器阵列主动Lamb波 Hilbert变换信号合成

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基于波速区间的导波延迟累加损伤成像

振动与冲击 2024年第17期43卷 232-236,245页

作者：刘国强王莉王霞光黎玮刘钢中国飞机强度研究所强度与结构完整性全国重点实验室西安710065

延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法,但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得,从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题,提出了基于波速区... 详细信息

延迟累加成像方法是导波损伤监测技术中的一种经典的损伤成像方法,但是其性能非常依赖于精确的导波波速。而在复杂工程结构中的精确导波波速往往难以获得,从而该方法的有效性会受到复杂工程结构的影响。针对上述问题,提出了基于波速区间的延迟累加成像方法。所提方法利用导波波速的估计区间,将导波损伤散射信号的一段用于延迟,并将该段延迟信号的最大值进行累加作为损伤成像值。通过对复合材料加筋板上不同位置损伤的识别,对所提方法的有效性进行了验证。试验结果表明,所提方法能对损伤进行准确识别,且在鲁棒性方面要优于延迟累加成像方法。

关键词：导波损伤成像复合材料结构健康监测延迟累加

基于压缩感知的复合材料板Lamb波场重构及损伤成像

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复合材料学报 2021年第4期38卷 1155-1166页

作者：李鹏飞骆英徐晨光江苏大学国家级高端装备关键结构健康管理国际联合研究中心镇江212013

为了解决全波场数据获取耗时的问题,引入压缩感知算法对波场进行稀疏表示。然而受限于导波在复合材料中复杂的传播特性,压缩感知在复合材料板中的应用成为难题。为此通过考虑导波在复合材料板中传播的各向异性波数特性,构建计算频带内... 详细信息

为了解决全波场数据获取耗时的问题,引入压缩感知算法对波场进行稀疏表示。然而受限于导波在复合材料中复杂的传播特性,压缩感知在复合材料板中的应用成为难题。为此通过考虑导波在复合材料板中传播的各向异性波数特性,构建计算频带内不同角度下的波数库用于波场重构。同时在损伤分析阶段,提出了一种无需基准信号的复合材料损伤散射波场分离技术,精准实现入射波场的去除,提升损伤定位的精度。单损伤的实验和仿真结果表明,所提方法能够在低于90%的奈奎斯特采样点情况下实现波场的重构,且损伤定位误差均小于最小波长的2/3。双损伤的实验结果表明,所提方法可有效定位双损伤,相关成果可为复合材料损伤检测的实际运用提供理论和方法基础。

关键词：无损检测 Lamb波场复合材料板压缩感知损伤成像

基于弯折频率变换的Lamb波高分辨率损伤成像

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振动与冲击 2014年第1期33卷 1-5页

作者：付尚琛石立华马丁蔡建解放军理工大学电磁环境效应与光电工程国家级重点实验室南京210007

Lamb波在结构健康监测中受到广泛关注,但其在传播过程中存在着多模和频散特性,不利于损伤定位和高分辨率成像。弯折频率变换(Warped Frequency Transform,WFT)通过构建合理的弯折映射可实现对频率轴的弯折。基于Lamb波群速度频散曲线设... 详细信息

Lamb波在结构健康监测中受到广泛关注,但其在传播过程中存在着多模和频散特性,不利于损伤定位和高分辨率成像。弯折频率变换(Warped Frequency Transform,WFT)通过构建合理的弯折映射可实现对频率轴的弯折。基于Lamb波群速度频散曲线设计弯折频率变换,则可用于Lamb波信号的处理。从直接补偿角度出发,利用WFT对传感信号进行频散抑制。提出了基于WFT的高分辨率损伤成像方法,利用有限元软件ABAQUS进行了带损伤铝板中Lamb波传播的仿真。仿真结果表明WFT能有效压缩频散的波包,通过该成像方法可实现高分辨率损伤成像。

关键词： Lamb波频散补偿弯折频率变换损伤成像

基于Shannon复数小波的复合材料结构时间反转聚焦多损伤成像方法

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复合材料学报 2010年第2期27卷 101-107页

作者：邱雷袁慎芳张逍越王强张炳良杨伟伟南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

研究了一种基于压电传感器阵列和主动Lamb波的结构损伤成像方法,有助于克服Lamb波在板结构中、特别是在复合材料板结构中存在的频散、多种模式及模式转换的现象给结构健康监测带来的困难。分析了结构多损伤散射信号的时间反转聚焦原理,... 详细信息

研究了一种基于压电传感器阵列和主动Lamb波的结构损伤成像方法,有助于克服Lamb波在板结构中、特别是在复合材料板结构中存在的频散、多种模式及模式转换的现象给结构健康监测带来的困难。分析了结构多损伤散射信号的时间反转聚焦原理,在此基础上提出了一种基于Shannon复数小波和时间反转聚焦的信号合成成像方法。该方法中,确定Lamb波响应信号的到达时刻是信号能够准确聚焦的关键因素之一。提出了利用Shannon复数小波变换计算Lamb波响应信号到达时刻的方法。在碳纤维复合材料板结构上对整套信号合成成像方法进行了验证。研究结果表明,该方法能够有效地对同一个监测区域中的多个损伤进行成像定位。相对于30 cm×30 cm的监测区域,定位误差不超过2 cm。该方法有助于结构健康监测技术的工程应用。

关键词：结构健康监测复合材料时间反转 Shannon复数小波信号合成损伤成像

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基于Lamb波的复合材料结构损伤成像研究

仪器仪表学报 2007年第4期28卷 583-589页

作者：严刚周丽南京航空航天大学航空宇航学院结构强度研究所南京210016

本文基于Lamb波和时频分析方法,提出了一种损伤成像方法,对复合材料结构进行在线的连续监测。首先通过高阶板理论建立了Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系,得到Lamb波的理论速度分布,为损伤成像提供基准信息;然... 详细信息

本文基于Lamb波和时频分析方法,提出了一种损伤成像方法,对复合材料结构进行在线的连续监测。首先通过高阶板理论建立了Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系,得到Lamb波的理论速度分布,为损伤成像提供基准信息;然后采用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析,提取特征信息,得到散射波的能量分布;在此基础上通过考虑各向异性对Lamb波传播速度的影响,将散射波的能量分布与各个像素点的对比度关联起来,得到损伤的图像,将损伤的情况可视化。同时建立了原型结构健康监测系统,实验研究表明了本文所提出方法的可应用性和有效性。

关键词：结构健康监测损伤成像 Lamb波高阶板理论时频分析