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融合Radon变换的孔边裂纹lamb波定位成像研究

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上海理工大学学报 2024年第2期46卷 152-160页

作者：张祥虎刘宏业孙茂循杨晖陶东辉吕炎刘秀成上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海200093 上海理工大学机械工程学院上海200093 北京工业大学材料与制造学部北京100124

基于不同模态lamb波与孔边裂纹相互作用的基本原理,聚焦不同模态lamb波波包飞行时间精确检测问题,以各向同性板中的孔边裂纹为研究对象,开展了融合Radon变换的孔边裂纹lamb波定位成像研究。首先,使用宽频chirp信号激励稀疏传感器阵列产... 详细信息

基于不同模态lamb波与孔边裂纹相互作用的基本原理,聚焦不同模态lamb波波包飞行时间精确检测问题,以各向同性板中的孔边裂纹为研究对象,开展了融合Radon变换的孔边裂纹lamb波定位成像研究。首先,使用宽频chirp信号激励稀疏传感器阵列产生lamb波,并采集通孔散射信号作为基线信号,采集孔边裂纹散射信号作为缺陷信号。其次,对chirp响应信号进行滤波处理,优化选取窄带单音频脉冲响应信号的中心频率和调制周期数。然后,对基线单音频脉冲响应信号进行Radon变换,得到优化后的群速度和偏移时间,并计算出lamb波波包飞行时间。最后,使用椭圆定位成像算法对孔边裂纹进行定位成像,并将成像结果与名义群速度法的结果进行对比。结果表明,使用Radon变换可以准确获取lamb波波包飞行时间,提升了不同模态lamb波对孔边裂纹缺陷的检测能力。

关键词： Radon变换孔边裂纹 lamb波定位成像算法飞行时间

用于ZGV lamb波检测的PVDF梳状换能器及性能研究

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仪器仪表学报 2024年

作者：郭帅尹莘新邓明晰重庆大学航空航天学院

能够准确激励与响应零群速度（ZGV）lamb波的换能器是ZGV lamb波检测应用的重要支撑。现有用于ZGV lamb波检测的换能器存在信号弱、信噪比低等问题，为此，本文设计了一种柔性好、灵敏度高的聚偏二氟乙烯（PVDF）梳状换能器，并研究了... 详细信息

能够准确激励与响应零群速度（ZGV）lamb波的换能器是ZGV lamb波检测应用的重要支撑。现有用于ZGV lamb波检测的换能器存在信号弱、信噪比低等问题，为此，本文设计了一种柔性好、灵敏度高的聚偏二氟乙烯（PVDF）梳状换能器，并研究了换能器对ZGV lamb波的激发响应性能。首先，分析了梳状换能器的工作特性，根据薄铝板的ZGV模式设计制作了PVDF梳状换能器;其次，在不同中心频率的脉冲信号下通过PVDF梳状换能器激发ZGV lamb波，并与PVDF方形电极换能器做了性能对比实验;最后，分析了PVDF梳状换能器电压响应特性与附着层厚度之间的关系。实验结果表明，设计制作的PVDF梳状换能器能够精准的激励与响应ZGV lamb波，其响应信号的ZGV频域幅值相对大小随着附着层厚度的增加显著减小。

关键词：零群速度 lamb波 PVDF 梳状换能器附着层厚度

稀疏阵列下基于机器学习多模lamb波损伤监测

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中国测试 2024年第2期50卷 107-116页

作者：唐令权王强胡伟伟鲍峤南京邮电大学自动化学院、人工智能学院江苏南京210023

复合材料结构损伤机理复杂,形式多样,对工程结构的安全带来潜在的风险,也使得结构健康监测研究中的损伤程度辨识存在很大的困难。针对上述问题与实际工程应用场景,研究基于稀疏阵列的多模态lamb波损伤识别方法。分析多模态lamb波在复合... 详细信息

复合材料结构损伤机理复杂,形式多样,对工程结构的安全带来潜在的风险,也使得结构健康监测研究中的损伤程度辨识存在很大的困难。针对上述问题与实际工程应用场景,研究基于稀疏阵列的多模态lamb波损伤识别方法。分析多模态lamb波在复合材料结构中的传播过程及损伤作用机理;设计稀疏压电阵列,提高工程应用实用性;采用Fisher线性判别原理,分析提取识别损伤区域下的最优监测路径;最后,基于损伤机理分析,提取lamb波结构响应时域、频域、时频域多特征参数,建立基于支持向量机的损伤监测与评估模型。实验验证表明,基于稀疏阵列的多模态lamb波损伤辨识技术能够识别任意区域、不同程度的损伤,识别率为93.75%。

关键词：最优路径多模态 lamb波 Fisher线性判别支持向量机

利用lamb波时间反转法的套筒灌浆连接缺陷位置检测

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福州大学学报(自然科学版) 2024年

作者：汪弘杰林伟陈尚鸿林新黄金土 1.福州大学土木工程学院 2.海峡建工集团有限公司 3.中建力天集团有限公司

针对装配式建筑中套筒灌浆连接件缺陷位置难确定的问题,建立套筒灌浆连接结构有限元模型,采用lamb波研究套筒灌浆连接结构中的传播规律.在确定最佳激励信号的基础上,检测出灌浆料损伤缺陷位置,同时设置无损伤测区与有损伤测区.结果表明... 详细信息

针对装配式建筑中套筒灌浆连接件缺陷位置难确定的问题,建立套筒灌浆连接结构有限元模型,采用lamb波研究套筒灌浆连接结构中的传播规律.在确定最佳激励信号的基础上,检测出灌浆料损伤缺陷位置,同时设置无损伤测区与有损伤测区.结果表明,有损伤测区聚焦峰值与无损伤测区聚焦峰值均值相比下降11.70%,说明采用lamb波时间反转法可实现预埋状态下套筒灌浆连接结构内部缺陷位置的判断.其对套筒灌浆连接缺陷定位是有效的,在结构无损检测领域具有良好的应用前景.

关键词：装配式建筑套筒灌浆连接 lamb波时间反转法缺陷定位

基于lamb波空间反演对称破坏的无基线复合材料损伤定位

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复合材料科学与工程 2024年

作者：戴中豪周邵萍罗志李沁霏李锦良华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室

在复合材料的实际损伤检测过程中，基线数据难以获取且不可避免地受到操作和环境条件的影响，导致检测难度增加。通过基于lamb波空间反演对称破坏原理的无基线方法对复合材料平板进行多损伤定位。通过交换激励接收换能器顺序，获得正-... 详细信息

在复合材料的实际损伤检测过程中，基线数据难以获取且不可避免地受到操作和环境条件的影响，导致检测难度增加。通过基于lamb波空间反演对称破坏原理的无基线方法对复合材料平板进行多损伤定位。通过交换激励接收换能器顺序，获得正-反向传播lamb波中的直达波包，并进行信号幅值和相位的差异性分析，有效提取损伤路径。然后采用DBSCAN和K-means聚类算法对缺陷进行定位。通过实验验证了该方法的有效性，并与传统概率成像算法进行对比分析。结果表明，相比于概率成像算法，该方法定位精度得到明显提升。此外，通过对平行阵列的优化有效解决了检测区域存在盲区的问题，并结合D-K算法实现了复合材料板单缺陷和双缺陷的定位。

关键词：复合材料空间反演对称无基线聚类算法 lamb波

基于lamb波的碳纤维复合材料无损检测定位方法研究

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基于Lamb波的碳纤维复合材料无损检测定位方法研究

作者：文学中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

复合材料因高强度、高模量、耐疲劳、抗断裂及良好阻尼性能,在航空航天、汽车等领域广泛应用。然而,当复合材料出现损伤时,其后果可能极其严重。lamb波信号传播远且对细微损伤敏感,在损伤检测中前景广阔。本文以碳纤维增强复合材料(Carb... 详细信息

复合材料因高强度、高模量、耐疲劳、抗断裂及良好阻尼性能,在航空航天、汽车等领域广泛应用。然而,当复合材料出现损伤时,其后果可能极其严重。lamb波信号传播远且对细微损伤敏感,在损伤检测中前景广阔。本文以碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,以下简称CFRP)板中通孔损伤为检测目标,以lamb波为检测手段,主要完成了以下研究工作:首先,阐述了压电材料的相关特性及性能参数,简述了采用压电传感器作为信号传感器的原因。基于对lamb波基础理论与频散特性的深入研究,推导了lamb波在CFRP板中传播时的频散方程,利用SAFEDC软件绘制了频散曲线,并进一步绘制了波速与传播角度之间的变化曲线。通过对频散曲线图的分析,探讨了lamb波的频散特性及多模特性。其次,开展了传感器网络内部区域通孔缺陷的定位算法研究。以多传感器阵列的形式,借助ABAQUS有限元分析软件研究了RAPID(Reconstruction Algorithm for the Probabilistic Inspection of Damage,以下简称RAPID)算法、改进RAPID(Enhanced RAPID,以下简称ERAPID)算法、椭圆轨迹法和贝叶斯融合(Bayesian fusion,以下简称BF)算法的基本理论,在此基础上,绘制了不同损伤中心横纵坐标下的损伤成像图。结果表明,RAPID算法与ERAPID算法的定位精度取决于传感器的数量,数量越多,精度越高。在同等传感器数量下,BF算法定位误差低于椭圆轨迹法。然后,为提高BF算法对于传感器网络边缘区域通孔损伤的定位精度,将ERAPID算法重新代入到以贝叶斯为框架的算法中形成一种新的BF算法,利用ABAQUS有限元分析软件进行了数值模拟仿真实验。结果表明,改进BF(Improved Bayesian Fusion,以下简称IBF)算法对于传感器网络边缘区域通孔损伤定位精度比BF算法至少提高了27%,定位误差在0.5cm以内,以仿真的角度初步验证了IBF算法对CFRP板上传感器网络边缘区域通孔损伤的先进性和准确性。对于传感器网络内部区域的损伤定位效果,BF算法与IBF算法定位精度相差不大,都能将定位误差控制在0.4cm以内。最后,为验证IBF算法的实际工程应用性,利用函数发生器、示波器等设备搭建了一个实验性的损伤监测平台。选用CFRP板作为实验试件,并在传感器网络边缘区域预制了半径为15mm的钻孔损伤以模拟真实应用场景中可能出现的损伤情况。随后,利用函数发生器发射出特定的激励信号,并通过示波器对lamb信号进行精确接收,对实验数据进行处理和分析,按照仿真成像过程进行实验测试。结果表明,IBF算法对于传感器网络边缘区域损伤中心的定位误差不超过0.6cm,相对于BF算法来说,定位精度至少提高了33%。此外,还探究了IBF算法对传感器网络边缘区域半径为1mm通孔损伤的定位效果,定位误差为0.5cm,在可接受范围之内。进一步论证了IBF算法对传感器网络边缘区域通孔损伤的定位准确性和先进性。

关键词： lamb波 CFRP板 IBF算法通孔损伤定位误差

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基于lamb波的损伤铝板信号获取仿真研究

西安航空学院学报 2024年第1期42卷 59-65页

作者：朱佳驹丰世林聂瑞左都全中国民用航空飞行学院航空工程学院四川广汉618300

为了分析lamb波在健康铝板和通孔铝板上的传播规律,提出基于lamb波的损伤信号获取仿真方法。首先绘制3 mm铝板的群速度和相速度频散曲线,然后调制激励信号,在有限元软件Abaqus中建模仿真,获得lamb波在铝板上的信号,最后再将各信号带入... 详细信息

为了分析lamb波在健康铝板和通孔铝板上的传播规律,提出基于lamb波的损伤信号获取仿真方法。首先绘制3 mm铝板的群速度和相速度频散曲线,然后调制激励信号,在有限元软件Abaqus中建模仿真,获得lamb波在铝板上的信号,最后再将各信号带入损伤因子公式中计算SDC值。研究结果表明:距离激励点的位置越远,lamb波衰减的越厉害;相同位置,接收到完整板的信号幅值大于损伤板;传感器距离损伤位置越近,损伤因子越大。研究结果为无损检测成像技术提供理论支持。

关键词：无损检测 lamb波铝板损伤因子

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基于近似非凸RPCA的lamb波损伤监测

测控技术 2024年

作者：张亚蓉梁栋殷澄尹力姜学平孟千翔河海大学信息科学与工程学院

在结构健康监测(Structural Health Monitoring,SHM)技术中,基于lamb波的损伤监测方法在板状结构中显示出了巨大的潜力。提出了一种基于近似非凸鲁棒主成分分析(Approximate Non-Convex Robust Principal Component Analysis,ANC-RPCA)的异常值分析方法。该算法对于高维测量信号,能够在降维条件下实现有效的损伤诊断。通过使用秩近似函数逼近矩阵的秩,采用非凸惩罚函数逼近l0范数,非凸惩罚函数在一定条件下可以保证稀疏解的唯一性。随着数据矩阵规模的扩大,传统的鲁棒主成分分析(Robust Principal Component Analysis,RPCA)采用核范数近似时,奇异值分解的计算复杂度也会上升。新的近似方法能在使计算效率更高的情况下,针对波场图像能够在更低秩的水平下保留有效信息,识别出异常值。将该算法运用到基于lamb波的波场图像中,通过仿真和实验数据验证其有效性。使用非精确增广拉格朗日乘子(Inexact Augmented Lagrange Multiplier,IALM)法求解,与目前使用较多的主流RPCA算法进行效果对比。实验结果表明ANC-RPCA算法在异常值识别中具有良好的性能,相较于其他算法,在计算效率和低秩性等方面有巨大的优势,证明了所提算法的可靠性和完整性。

关键词：秩近似函数非凸惩罚函数 lamb波有限元

混凝土裂缝修补质量的lamb波技术无损检测

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福建建设科技 2024年第3期 41-43,77页

作者：林崇涛福州市建设工程消防设计审查验收技术中心福建福州350007

目前对于缺陷混凝土裂缝修补质量的检测,大多是通过外表观察,产生疑问之后对其进行破坏性检测。为探究一种无损检测方法,本文通过应用ABAQUS软件建立有裂缝的缺陷混凝土梁有限元模型,选择最优激励信号,应用lamb波在跨缝对称检测模式下... 详细信息

目前对于缺陷混凝土裂缝修补质量的检测,大多是通过外表观察,产生疑问之后对其进行破坏性检测。为探究一种无损检测方法,本文通过应用ABAQUS软件建立有裂缝的缺陷混凝土梁有限元模型,选择最优激励信号,应用lamb波在跨缝对称检测模式下检测混凝土梁缺陷,通过对比修补前后混凝土构件中接收区域时域信号的小波包能量差,引入两种评价体系,得到裂缝修补质量的评价指标。研究表明,应用lamb波技术检测混凝土裂缝修补质量有很好的效果。

关键词：缺陷混凝土混凝土裂缝修补质量 lamb波信号能量