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碳纤维复合材料损伤的超声检测与成像方法研究进展

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复合材料学报 2023年第8期40卷 4295-4317页

作者：杨红娟杨正岩杨雷单一男林奎旭武湛君大连理工大学航空航天学院大连116024 大连海事大学交通运输工程学院大连116026 大连交通大学机车车辆工程学院大连116028

碳纤维复合材料具有密度小、弹性高和韧性好等特点,被广泛应用于航空航天和汽车工业等领域。由于碳纤维复合材料制作工艺的复杂性和不稳定性及服役期间易受环境的影响,易产生分层、孔隙、纤维褶皱等各种类型的损伤。介绍了基于体波或导... 详细信息

碳纤维复合材料具有密度小、弹性高和韧性好等特点,被广泛应用于航空航天和汽车工业等领域。由于碳纤维复合材料制作工艺的复杂性和不稳定性及服役期间易受环境的影响,易产生分层、孔隙、纤维褶皱等各种类型的损伤。介绍了基于体波或导波的C扫描、相控阵、空气耦合、激光超声、光纤超声检测技术的原理、特点及用于碳纤维复合材料损伤检测的研究现状。综述了最具有代表性的损伤诊断成像算法,包括全聚焦成像、三维可视化成像、层析成像、逆时偏移成像和概率成像方法,这些成像方法能够有效地实现碳纤维复合材料各种类型的损伤形貌图像。从建立复杂构件的碳纤维复合材料层合板的阵列声场模型、优化损伤成像算法、构建智能/高效/实时化的结构健康监测成像系统、建立损伤定量评估标准、结合机器学习和数字孪生技术实施损伤诊断评估和寿命预测等方面进行了展望。

关键词：超声检测超声成像损伤检测结构健康监测碳纤维复合材料

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复合材料激光超声波传播特性及缺陷损伤检测

哈尔滨工程大学学报 2022年第10期43卷 1454-1461页

作者：付兰凌杨金水刘志达罗浩哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地山东青岛266000 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所黑龙江哈尔滨150001 洛阳船舶材料研究所河南洛阳471023

本文针对先进纤维增强复合材料结构特点及质量检测需求,基于弹性力学和热力耦合相关理论,采用有限元数值方法,在验证模型可靠性的基础上,采用完全热力耦合方法系统开展单层和多层碳纤复合材料板激光超声波传播特性及缺陷识别方法研究,... 详细信息

本文针对先进纤维增强复合材料结构特点及质量检测需求,基于弹性力学和热力耦合相关理论,采用有限元数值方法,在验证模型可靠性的基础上,采用完全热力耦合方法系统开展单层和多层碳纤复合材料板激光超声波传播特性及缺陷识别方法研究,考察了面内缺陷的几何尺寸、层间缺陷的相对位置和深度等因素对激光超声波传播特性及损伤识别结果的影响。结果表明:当复合材料存在面内或层间缺陷时,应力波会在缺陷处发生反射和衍射,具体可表现为出现缺陷反射波信号或透射波信号强度减弱,在已知材料中超声波速情况下结合缺陷异常反射波可实现对相应缺陷的定位。

关键词：复合材料损伤检测无损检测激光超声激光激励热力耦合数值仿真

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人工智能时代混凝土结构耐久性诊断研究进展

建筑结构学报 2024年第2期45卷 1-13页

作者：罗大明李凡牛荻涛西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

受服役环境的影响,混凝土结构普遍存在性能劣化严重、耐久性不足等问题。对在役混凝土结构进行诊断,准确识别混凝土结构损伤特征,高效评估其服役寿命,已成为保障混凝土结构服役安全的重大需求。以人工检测、传感器监测为主的诊断方法效... 详细信息

受服役环境的影响,混凝土结构普遍存在性能劣化严重、耐久性不足等问题。对在役混凝土结构进行诊断,准确识别混凝土结构损伤特征,高效评估其服役寿命,已成为保障混凝土结构服役安全的重大需求。以人工检测、传感器监测为主的诊断方法效率低下、准确性较差,难以满足实际工程结构服役安全科学诊断的要求。人工智能可为各领域研究与应用提供创新驱动力,与混凝土结构耐久性诊断技术深度融合,为混凝土结构全寿命周期的智慧运维提供新的方法。通过分析传统混凝土结构耐久性诊断技术的不足与人工智能技术的优势,从混凝土结构耐久性损伤智能感知、耐久性演化智能预测和耐久性状态智能评估等三个方面总结了人工智能在混凝土结构耐久性诊断中的应用。结果显示:人工智能技术为混凝土耐久性损伤检测与监测提供了新思路,结合传统混凝土材料损伤劣化理论,形成混凝土耐久性劣化进程与服役寿命智能预测方法,建立混凝土结构耐久性智能诊断体系,将是未来结构工程领域的重要发展方向。

关键词：混凝土结构深度学习损伤检测智能诊断寿命预测

基于FSDP图像和DCNN的无人机起落架关键件结构损伤智能检测方法

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中国科学:技术科学 2023年第8期53卷 1372-1384页

作者：程哲杨翼胡茑庆国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

随着无人机的应用越来越广泛,与之相适应的保障手段也需与时俱进.在人工智能快速发展的情况下,故障诊断与人工智能方法相结合为无人机保障关键技术的跨越式发展提供了重要契机,也为无人机的使用安全性与运行可靠性水平的提升提供了重要... 详细信息

随着无人机的应用越来越广泛,与之相适应的保障手段也需与时俱进.在人工智能快速发展的情况下,故障诊断与人工智能方法相结合为无人机保障关键技术的跨越式发展提供了重要契机,也为无人机的使用安全性与运行可靠性水平的提升提供了重要机遇.本文以结构健康监测中的超声信号分析方法为基础,针对无人机起落架关键结构件的损伤检测问题开展研究,结合深度学习模型,对结构件的损伤进行智能化检测,提高检测效率和检测精度.针对结构健康监测中损伤信号的非线性特点,提出了频谱对称点阵图案(frequency symmetrized dot pattern,FSDP)特征提取方法.在此基础上,提出了基于FSDP特征与深度卷积神经网络的损伤智能检测方法.在起落架T型构件实验环境中开展了结构损伤模拟与检测实验,通过实验数据验证了所提出的智能检测方法的有效性.

关键词：无人机起落架损伤检测 FSDP图像深度卷积神经网络

基于微观尺度X射线断层扫描技术的短切碳纤维SMC复合材料失效分析

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材料工程 2022年第5期50卷 130-138页

作者：程子敬王凯峰张连洪天津大学机械工程学院天津300350

短切碳纤维片状模塑料(SMC)复合材料内部复杂的纤维三维分布及其造成的多样微裂纹演化过程加剧了其失效分析的难度。针对短切碳纤维SMC复合材料的失效行为进行研究,提出采用微观尺度X射线断层扫描技术实时表征材料内部的微观结构,捕捉... 详细信息

短切碳纤维片状模塑料(SMC)复合材料内部复杂的纤维三维分布及其造成的多样微裂纹演化过程加剧了其失效分析的难度。针对短切碳纤维SMC复合材料的失效行为进行研究,提出采用微观尺度X射线断层扫描技术实时表征材料内部的微观结构,捕捉碳纤维和微裂纹的几何信息,结合先进的图像采集和图像处理技术,进而准确重构出短切碳纤维SMC复合材料在受力过程中的三维结构变化以及微裂纹的完整演变过程,定量测量微裂纹的几何尺寸,实现损伤的精准诊断,并利用Tsai-Wu失效判据和界面开裂后的基体应力场理论等失效方法探究短切碳纤维SMC复合材料的失效机制。该方法的提出对于研究短切碳纤维SMC复合材料的失效过程以及分析相应的失效行为提供了重要依据。

关键词：微观尺度X射线断层扫描技术碳纤维复合材料损伤检测损伤表征失效机制

基于改进联合稀疏EIT算法的CFRP材料检测

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北京航空航天大学学报 2023年第2期49卷 265-272页

作者：马敏于洁范文茹中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

针对应用电阻抗层析成像技术(EIT)对碳纤维增强复合材料(CFRP)损伤检测的高度病态性问题,提出了一种联合L1和L2范数的稀疏正则化泛函模型,并在迭代过程中通过构建一种新的约束项来优化求解。仿真结果表明,与传统算法相比,改进联合稀疏EI... 详细信息

针对应用电阻抗层析成像技术(EIT)对碳纤维增强复合材料(CFRP)损伤检测的高度病态性问题,提出了一种联合L1和L2范数的稀疏正则化泛函模型,并在迭代过程中通过构建一种新的约束项来优化求解。仿真结果表明,与传统算法相比,改进联合稀疏EIT算法能够有效改善损伤图像的电极伪影,提高损伤边缘清晰度,增强损伤辨识定位准确度。CFRP层压板检测实验结果表明,改进联合稀疏EIT算法能够提高图像重建的抗干扰能力,具有良好的鲁棒性及适用性。

关键词：电阻抗层析成像技术碳纤维增强复合材料损伤检测图像重建联合稀疏

基于深度学习的航空发动机内部损伤实时检测方法

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航空动力学报 2023年第8期38卷 1857-1864页

作者：何超陈果王雨薇南京航空航天大学民航学院南京211106 南京航空航天大学通用航空与飞行学院南京213300

针对航空发动机内部损伤实时检测问题,提出了基于YOLOv4框架下的目标识别网络模型,该网络模型具有检测精确度高,推理速度快的优点,实现了发动机内部损伤的实时检测。在具体实施过程中,该方法首先对不同损伤类型进行分类并对损伤位置进... 详细信息

针对航空发动机内部损伤实时检测问题,提出了基于YOLOv4框架下的目标识别网络模型,该网络模型具有检测精确度高,推理速度快的优点,实现了发动机内部损伤的实时检测。在具体实施过程中,该方法首先对不同损伤类型进行分类并对损伤位置进行标注,将图片与之对应的标注导入到改进网络中进行训练并得到对应的检测模型,最后,基于训练好的模型,对图片和视频流上的损伤进行实时检测。利用Pascal VOC(visual object classes)标准数据集与真实的航空发动机孔探图像数据集进行方法验证,结果表明所提出的目标识别网络在保证准确率的前提下每秒检测的帧率相比原目标识别网络提升了23.7%以上。为解决孔探损伤检测中人为因素导致的检测结果不准确与检测效率低下等问题提供了有效途径,具有很强的工程实用价值。

关键词：航空发动机损伤孔探检测深度学习损伤检测 YOLOv4网络模型

基于动态滑动步长改进LMD算法的砂浆脱空识别

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华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第7期50卷 98-107页

作者：辛欣任尊松北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

水泥沥青砂浆作为板式无砟轨道的重要结构,在列车高频动载与温度荷载共同作用下,极易发生脱空损伤。根据轮对加速度变化特征可实现砂浆脱空快速、准确定位。利用自适应动态滑动步长改进局部均值分解算法,将轮对垂向加速度分解为一系列... 详细信息

水泥沥青砂浆作为板式无砟轨道的重要结构,在列车高频动载与温度荷载共同作用下,极易发生脱空损伤。根据轮对加速度变化特征可实现砂浆脱空快速、准确定位。利用自适应动态滑动步长改进局部均值分解算法,将轮对垂向加速度分解为一系列乘积函数分量。依据峭度变化规律选取最能反映砂浆脱空特征的第1个乘积函数分量,并求其瞬时能量和标准化瞬时能量以增强砂浆脱空特征。根据瞬时能量和标准化瞬时能量的包络函数是否存在离群值判断砂浆是否脱空。结果表明:当砂浆脱空长度不超过0.30 m时,瞬时能量的包络函数在脱空处未出现离群值,导致“漏判”,而标准化瞬时能量的包络函数在脱空和未脱空处均出现离群值,导致“误判”;当砂浆脱空长度不小于0.65 m时,瞬时能量和标准化瞬时能量的包络函数均只在脱空处出现离群值,可准确定位砂浆脱空。通过车辆结构响应识别砂浆脱空,可有效缓解轨道损伤检测压力,提高车辆运营效率。

关键词：板式无砟轨道砂浆脱空损伤检测信号处理

考虑桩-土作用及冲刷影响的海上风电结构损伤检测研究

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振动与冲击 2023年第1期42卷 105-114页

作者：卢光坤陈旭光杜文博牛小东刘金忠唐汉枫刘茜茜解安琪中国海洋大学工程学院山东青岛266100 中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室山东青岛266100 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122 山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛266590

海上风电结构长期服役于恶劣的海洋环境中,损伤不断累积,严重时导致整体失效。现有损伤检测方法可以识别结构损伤,但未考虑桩-土作用、冲刷效应对结构动力特性的影响,若直接应用于实际工程容易导致损伤误判。基于交叉模型交叉模态(cross... 详细信息

海上风电结构长期服役于恶劣的海洋环境中,损伤不断累积,严重时导致整体失效。现有损伤检测方法可以识别结构损伤,但未考虑桩-土作用、冲刷效应对结构动力特性的影响,若直接应用于实际工程容易导致损伤误判。基于交叉模型交叉模态(cross-model cross-mode,CMCM)法,考虑桩-土作用和冲刷效应,优化了桩基的边界条件,发展了CMCM结构损伤检测方法。建立了单桩-土体有限元模型,结合已有试验数据,验证了砂土地基条件下数值模型及检测方法的可靠性。进一步地,研究了桩-土作用、冲刷效应对整体结构模态的影响,并基于不同地基假定的基准模型,对数值模型中的结构损伤进行检测。结果表明,考虑桩-土作用、冲刷效应后的地基刚度降低,从而导致结构频率降低、模态振型改变;该模型边界更符合实际工程地基状态,排除导致误判的干扰因素后,结构损伤位置、程度均可被准确识别,提升了CMCM方法的准确性和工程适用性。

关键词：海上风机损伤检测模态分析地基冲刷