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脉冲压缩在铝薄板电磁超声导波检测中的应用

航空学报 2022年第3期43卷 509-520页

作者：石文泽程进杰胡硕臻卢超陈尧南昌航空大学无损检测教育部重点实验室南昌330063 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 赣南师范大学江西省数值模拟与仿真技术重点实验室赣州341000

针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低导致超声回波信噪比(SNR)差这一问题,基于相位编码脉冲压缩技术,讨论了匹配滤波器及旁瓣抑制滤波器的设计及其在电磁超声检测中的实现。选用典型二相编码信号-巴克码作为激励信号,分析了不同码长、... 详细信息

针对电磁超声换能器(EMAT)换能效率低导致超声回波信噪比(SNR)差这一问题,基于相位编码脉冲压缩技术,讨论了匹配滤波器及旁瓣抑制滤波器的设计及其在电磁超声检测中的实现。选用典型二相编码信号-巴克码作为激励信号,分析了不同码长、载波周期数的巴克码信号对电磁超声导波检测脉冲压缩效果的影响,并研究了旁瓣抑制算法的效果。以含人工预制裂纹的7075航空铝合金薄板为检测对象,选用SH;模态电磁超声导波换能器对比了单频正弦信号激励方式与巴克码脉冲压缩技术获得的缺陷回波信号信噪比。结果表明,采用巴克码脉冲压缩后超声回波的信噪比较单频正弦激励方式至少提高了7.2 dB,且巴克码脉冲压缩技术能探测出单频正弦激励方式而不能可靠检出的小裂纹(长×宽×深为10.0 mm×1.0 mm×0.25 mm)。将相位编码压缩技术应用于电磁超声导波检测,可达到增加EMAT提离和减小同步平均次数的目的,能满足在线快速检测的需求。

关键词：铝合金 EMAT SH 导波巴克码脉冲压缩

基于导波的钢板-混凝土界面黏结性能评价研究

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振动与冲击 2023年第11期42卷 96-106页

作者：许颖徐婷婷栗悦荣哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院广东深圳518000

通过基于导波的宽带激励信号对不同脱粘情况下的黏钢加固混凝土二维有限元模型的界面脱粘缺陷进行检测,在此基础上对带有不同脱粘缺陷的黏钢加固混凝土试件进行试验探究,通过模态分析法和小波包能量谱法对接收信号进行信号处理,发现通... 详细信息

通过基于导波的宽带激励信号对不同脱粘情况下的黏钢加固混凝土二维有限元模型的界面脱粘缺陷进行检测,在此基础上对带有不同脱粘缺陷的黏钢加固混凝土试件进行试验探究,通过模态分析法和小波包能量谱法对接收信号进行信号处理,发现通过未知构件与完全黏结试件之间的归一化互相关系数可判断钢板-混凝土界面是否脱粘;通过模态分析法,根据一次反射模态导波A_(0)/A_(0)的到达时间和脱粘指标可定量判断脱粘的位置;通过小波包能量谱分析方法可判定脱粘的程度。该方法为实际工程中的钢板-混凝土界面脱粘检测提供理论与技术支撑。

关键词：导波钢板-混凝土界面模态转换小波包能量谱脱粘指标

基于深度学习的导波特征提取及其激光超声检测

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仪器仪表学报 2022年第11期43卷 242-251页

作者：张超魏宇王宏远陶翀骢裘进浩南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

针对激光超声检测中波场的三维数据处理计算量大且损伤特征提取难的问题,提出了一种基于深度学习模型的导波波场分析方法.首先,以VGG-Net网络为框架,建立了基于VGG11(A-LRN)的残差网络模型,用于挖掘时间-空间波场数据中的导波特征;其次... 详细信息

针对激光超声检测中波场的三维数据处理计算量大且损伤特征提取难的问题,提出了一种基于深度学习模型的导波波场分析方法.首先,以VGG-Net网络为框架,建立了基于VGG11(A-LRN)的残差网络模型,用于挖掘时间-空间波场数据中的导波特征;其次,以局部波数特征为物理机理,采用导波传播的解析式生成训练样本,解决了深度学习大数据获取的问题,获得了波场特征提取的神经网络模型;最后,以激光超声系统在含损伤结构中的实验数据作为测试样本,验证了所提出的网络模型能够提取表征损伤的导波特征,实现了结构的损伤成像,其损伤成像精度均在67%以上,损伤形貌的可视化效果好。

关键词：激光超声导波卷积神经网络深度学习

基于导波基函数投影变换的单模态超声导波提取方法

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机械工程学报 2024年第4期60卷 250-258页

作者：王小丫王鉴秦鹏韩星程聂鹏飞韩焱中北大学信息探测与处理山西省重点实验室太原030051 中北大学山西省现代无损检测工程技术研究中心太原030051

由于超声导波的多模态特性和频散特性,实际检测时在同一激发频率下存在多种模态的混合信号,影响导波检测的灵敏度。针对上述存在的问题,在建立导波频散信号的数学模型的基础上,提出一种基于导波基函数投影变换的单模态超声导波提取方法... 详细信息

由于超声导波的多模态特性和频散特性,实际检测时在同一激发频率下存在多种模态的混合信号,影响导波检测的灵敏度。针对上述存在的问题,在建立导波频散信号的数学模型的基础上,提出一种基于导波基函数投影变换的单模态超声导波提取方法。首先根据频散传递函数建立各模态导波信号的数学模型,将各模态导波信号构建为一组导波模态基,之后,以模态基函数为投影变换核,对接收信号进行投影变换,从而实现多模态混叠信号中单模态导波信号的提取。通过对板中的Lamb波S_(0)、A_(0)和A_(1)混合模态仿真和实际信号处理试验表明,提出的方法无需频散补偿即可实现多模态混叠信号中单模态导波信号的有效提取。

关键词：导波导波基投影变换模态提取

功能梯度压电空心圆柱中分数阶热弹导波的频散和衰减特性

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应用数学和力学 2023年第11期44卷 1325-1340页

作者：禹建功王开任小强王现辉张博河南理工大学机械与动力工程学院河南焦作454000

基于分数阶热电弹性理论和Legendre多项式方法,构建了功能梯度空心圆柱中导波传播的数学模型.讨论了分数阶次、压电效应、径厚比等对导波传播,特别是对其衰减的影响规律.数值结果表明,压电效应对衰减的影响主要集中在截止频率和突变频... 详细信息

基于分数阶热电弹性理论和Legendre多项式方法,构建了功能梯度空心圆柱中导波传播的数学模型.讨论了分数阶次、压电效应、径厚比等对导波传播,特别是对其衰减的影响规律.数值结果表明,压电效应对衰减的影响主要集中在截止频率和突变频率附近,并使得突变频率发生前移;分数阶对热波模态相速度和衰减的影响较大,且热波相速度存在模态交叉,在交叉频率点附近分数阶对相速度的影响相反;热波衰减随着分数阶增大而逐渐减小;第一阶纵向模态衰减受到了压电效应的抑制,其余模态衰减都显著增大,并且电开路受到的影响要比电短路状态大.

关键词：导波分数阶热电弹功能梯度空心圆柱频散衰减

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导波强化裂变聚合概率模型损伤监测方法

振动．测试与诊断 2018年第3期38卷 438-445页

作者：邱雷房芳袁慎芳梅寒飞南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

航空结构服役于时变环境极易导致结构损伤监测信号产生不确定的变化,从而降低损伤监测的可靠性,已成为阻碍航空结构健康监测技术应用的关键问题之一。针对此问题,提出了一种基于导波强化裂变聚合概率模型的损伤监测方法。首先,提出了一... 详细信息

航空结构服役于时变环境极易导致结构损伤监测信号产生不确定的变化,从而降低损伤监测的可靠性,已成为阻碍航空结构健康监测技术应用的关键问题之一。针对此问题,提出了一种基于导波强化裂变聚合概率模型的损伤监测方法。首先,提出了一种强化裂变聚合建模算法建立稳定的高斯混合模型(Gaussian mixture model,简称GMM),从而建立导波监测特征参数在时变因素影响下的概率模型;其次,采用概率分量最小匹配KullbackLeibler距离来定量表征高斯混合模型在损伤作用下的累积迁移趋势,从而实现损伤判别。在真实飞机大梁结构上对方法进行验证,结果表明,该方法能够在时变边界条件影响下实现损伤的可靠和稳定监测,且与基于导波损伤因子的监测方法相比,损伤监测的可靠性得到明显提高。

关键词：航空结构结构健康监测导波高斯混合模型时变环境

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航天器结构中导波健康监测技术的若干进展

宇航学报 2024年第4期45卷 487-498页

作者：余孙全樊程广张翔付康佳陈勇綦磊军事科学院国防科技创新研究院北京100071 国防科技大学空天科学学院长沙410073 成都流体动力创新中心成都610031 北京卫星环境工程研究所北京100094

基于航天器结构健康监测需求,从空间碎片撞击定位、结构损伤评估、泄漏定位3个方面,阐述了导波的相关应用进展。首先分析了空间站、可重复使用运载器和燃料贮箱等结构面临的风险和监测需求,然后介绍了相关的理论和监测方法研究进展,以... 详细信息

基于航天器结构健康监测需求,从空间碎片撞击定位、结构损伤评估、泄漏定位3个方面,阐述了导波的相关应用进展。首先分析了空间站、可重复使用运载器和燃料贮箱等结构面临的风险和监测需求,然后介绍了相关的理论和监测方法研究进展,以及多物理场导波建模和传播仿真技术,最后探讨了设计集成“撞、漏、损”多功能一体化结构健康监测系统的实现思路,以及导波结构健康监测技术在与空间机器人、空间激光溯源、无线通信和能量传输结合方面的应用前景。

关键词：航天器结构健康监测导波超高速撞击损伤检测泄漏检测

基于数值仿真对介电测井中单线导波进行定量分析

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地球物理学进展 2022年第1期37卷 192-200页

作者：黄子轩王斌邢兰昌中国石油大学(华东)控制科学与控制工程学院青岛266580

在地球物理勘探中,介电测井与井眼雷达是重要的地层评估方法,更好地了解电磁波在目标地层中的传播特性,对于优化勘探工具以及提高反演准确率有着重要作用.本文对介电测井中沿金属钻杆传播的单线导波进行了数值模拟和分析,提出了一种对... 详细信息

在地球物理勘探中,介电测井与井眼雷达是重要的地层评估方法,更好地了解电磁波在目标地层中的传播特性,对于优化勘探工具以及提高反演准确率有着重要作用.本文对介电测井中沿金属钻杆传播的单线导波进行了数值模拟和分析,提出了一种对介电测井中的导波进行定量分析的新方法.采用三维的时域有限差分(FDTD)方法计算了不同饱和度下井眼周围的波场,通过监视沿金属钻杆的总体波场的传播情况,在确定导波的强度和损耗因子后,结合从发射天线发射的总功率,可进一步定量计算出导波的耦合效率.仿真结果表明,侧向波衰减远大于导波,且能量耗尽距离随地层水饱和度增加而降低,导波的耦合效率受地层含水饱和度和频率的双重影响,通过在发射天线附近安装斜坡结构,可以降低耦合到导波的能量,提高工具侧向波辐射能力.

关键词：介电测井导波侧向波时域有限差分(FDTD) 单线波导

水平应力作用下套管井不同胶结状况导波的声弹效应

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地球物理学报 2019年第7期62卷 2767-2773页

作者：刘金霞崔志文李刚王克协吉林大学物理学院

油田的套管完井常伴有异常地应力的作用,对于套管井,井孔-套管-水泥环-地层组合的系统使井周的应力集中更为复杂.为认识地应力作用下不同胶结状态的套管井导波声弹效应,本文基于非线性声学理论,实现了受应力作用不同胶结状态套管井井周... 详细信息

油田的套管完井常伴有异常地应力的作用,对于套管井,井孔-套管-水泥环-地层组合的系统使井周的应力集中更为复杂.为认识地应力作用下不同胶结状态的套管井导波声弹效应,本文基于非线性声学理论,实现了受应力作用不同胶结状态套管井井周应力和径向横波速度计算与分析;采用摄动求解推导了套管井导波的声弹性方程,模拟并分析由应力引起不同胶结状态套管井斯通利波、伪瑞利波、弯曲波相速度的变化.研究结果表明:不同胶结状态会改变井周的应力分布,当界面出现滑移时井周地层中的应力集中有所增强,从而影响导波的声弹效应.本文的研究结果为地应力作用的套管井的声场特性提供认识和理论依据.

关键词：套管井胶结状态地应力非线性声学导波