基于Lamb波与时频分析的复合材料结构损伤监测和识别

专利名称：复合材料板结构的损伤监测方法专利类型：发明专利
发明人：卿新林,高丽敏,袁慎芳,邱雷
申请号：CN201410158828.X
申请日：20140421
公开号：CN104181230A
公开日：
20141203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种复合材料板结构的损伤监测方法，属于复合材料板结构的损伤监测技术领域，为解决现有方法效率低、精度差、无法对多损伤同时识别等问题而设计。

本发明复合材料板结构的损伤监测方法是基于压电元件和Lamb波的损伤监测方法，该方法使用损伤因子法对待监测复合材料板结构进行损伤位置的预判断，然后对预判存在有损伤的区域进行成像以确定损伤的准确位置。

本发明复合材料板结构的损伤监测方法能够节省大量的监测时间，提高了监测效率，可实现多损伤的定位，增强了对损伤数量和位置判断的准确性。

申请人：中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心,中国商用飞机有限责任公司地址：102211 北京市昌平区昌平镇超前路9号301室
国籍：CN
代理机构：北京品源专利代理有限公司
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基于Lamb波结构损伤诊断的量化评估实验研究綦磊;朱峤;孙立臣;郎冠卿【摘要】基于Lamb波结构损伤诊断技术开展相对量化评估层面的实验研究.基于环形单发射—多接收(STMR)阵列,通过数值计算验证了基于导波结构损伤诊断技术在定位识别技术层面的准确有效;针对诊断因子(DF)作为结构损伤相对量化评估有效参数的可行性进行分析,并通过模拟预置3种不同程度大小的损伤进行实验验证.实验结果表明:通过比较不同工况下判定损伤处对应诊断因子的数值大小,即可对结构损伤的相对严重程度进行量化对比分析,具有较好的工程应用前景.%Experimental research on relative quantitative evaluation is developed based on Lamb wave structural damage diagnosis technology. Based on circular single transmitter multi-receiver(STMR)array,accuracy and effectiveness of Lamb wave-based structural damage diagnosis technology in localization recognition is verified by numerical calculation.Feasibility of diagnostic factor(DF)taken as effective parameter of relative quantitative evaluation for structural damage is analyzed.Experimental verification is presented by presetting three different sizes of damages.Experimental results show that quantitative comparative analysis on relative severity of damage is carried out by comparing value of DF at damage position under different working condition,it has good prospects for engineering application.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】4页(P22-25)【关键词】结构损伤诊断;单发射—多接收阵列;诊断因子;量化评估【作者】綦磊;朱峤;孙立臣;郎冠卿【作者单位】北京卫星环境工程研究所,北京100094;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;北京卫星环境工程研究所,北京100094;北京卫星环境工程研究所,北京100094【正文语种】中文【中图分类】TG115.20 引言在航天器的服役过程中，许多基本的组成构件均长时间经历各种形式的疲劳、磨损、腐蚀、过载等恶劣工况，成为导致结构整体力学性能下降甚至发生失效破坏的重要原因。

基于Lamb波的复合材料多损伤定位方法研究
赵竹君;方鹏亚;闫兰兰
【期刊名称】《郑州航空工业管理学院学报》
【年(卷),期】2024(42)3
【摘要】针对航空航天用碳纤维增强树脂基复合材料多损伤问题,研究一种损伤方向算法与椭圆轨迹算法相结合的损伤定位方法。

首先,根据Lamb波在板中的传播
特性,提出一种基于PZT结的损伤方向算法,运用方向算法找到Lamb波在损伤位置发生散射后的若干传播方向,再通过传播方向的交点来实现多损伤位置的初步判定。

其次,运用椭圆轨迹算法,实现多损伤位置的进一步判定。

最后,在碳纤维增强树脂基复合材料薄板上对该方法进行实验验证,选用希尔伯特黄变换的信号处理技术实现
对损伤散射信号到达时间的提取。

实验结果表明,该损伤定位方法能够对复合材料
多损伤位置进行有效定位。

【总页数】9页(P30-38)
【作者】赵竹君;方鹏亚;闫兰兰
【作者单位】郑州航空工业管理学院航空发动机学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH145.9;TB332
【相关文献】
1.基于Lamb波群速度修正的复合材料结构损伤定位
2.基于Lamb波的复合材料
板二维损伤定位技术研究3.基于Lamb波和支持向量机的复合材料损伤定位研究
4.基于超声Lamb波的双曲线定位损伤成像方法
5.基于Lamb波的铝板损伤定位检测方法
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Lamb波与STFT在复合材料损伤检测中的应用摘要：复合材料的广泛使用对保证其质量的损伤检测技术提出了挑战。

本文以玻璃纤维层合板为研究对象，模拟基板打孔与表层异物两种损伤形式，以Lamb 波为激励信号，对接收信号进行STFT时频分析，结果证明STFT以其谱图的不连续性以及谱图能量的变化证明基板打孔损伤的存在，但对表层异物的判定能力不足。

关键字：Lamb波，STFT，复合材料，损伤检测0 引言复合材料以其优异的特性广泛应用于航空、航天、汽车和建筑等行业，但是在复合材料成型过程以及在役使用过程中，产品易于发生的掺杂、气泡和裂纹、分层损伤等缺陷可导致结构性能的严重下降[1，2，3]。

这对复合材料的损伤检测提出了严峻的考验。

目前应用于复合材料损伤检测的手段很多，包括超声相控阵技术[1]、声发射技术[4]、光纤传感器技术[5]、激光电子剪切散斑干涉成像技术等等[6]，比较而言应用相对成熟的还是超声，其中以Lamb波为基础的超声技术在复合材料探伤方面的应用十分广泛。

Lamb波的超声检测技术离不开信号处理的支撑，传统的傅立叶变换无法实现时、频域的结合，而短时傅立叶变换则实现了用时间-频率的联合函数来表示信号。

本文将以玻璃纤维层合板为研究对象，模拟两种损伤形式，结合Lamb波与STFT技术对该复合材料板进行损伤检测。

1 Lamb波Lamb波作为一种典型的超声波是由上世纪mb先生研究无限大板中正弦波问题而得名。

虽然Lamb波检测具有快捷、高效的特点，非常适合于板形结构的大面积无损检测，但是频散和多模式现象使其过于复杂，因此需要对Lamb 进行优化。

本文从频散方程入手，根据玻璃纤维层合板中横波速度、纵波速度以及板材物理参数确定Lamb波在该材料中的相速度-频率图。

从而对Lamb波的优化提供一个理论依据，同时结合实验分析确定以中心频率为125KHz、信号幅值±10V、每周期5个波峰数的加窗正弦脉冲信号为最优Lamb波激励信号[7]。

基于Lamb波的材料小范围损伤检测研究江腾;张雪婷;朱永凯【摘要】Lamb wave has been widely used in material damage detection, the damage signal received through the sensor can judge for all the damage properties and analysis of damage location. But the actual test,we will inevitably encounter small-scale,close damage detection. In this case,we can not do a reasonable layout to eliminate aliasing signal. In this paper,we use the piezoelectric ceramic incent acoustic wave on theplate,research on small-scale, close material damage detection.The experimental results show that in small-scale, close material damage detection,single-sided incentives compare to double-sided incentives has better effect,higher accuracy.%Lamb波在材料损伤检测方面的应用已相当成熟，对于损伤性质以及损伤位置的分析都是通过传感器接收到的损伤信号来判断的。

但是实际检测中我们不可避免的会碰到小范围、近距离损伤探测，这时候无法做到合理的传感器布设来消除混叠信号。

本文基于压电陶瓷，通过Lamb波激励模式优化，研究小范围、近距离的材料损伤检测。