[发明专利]一种十字正交扫描Lamb波工程结构裂纹损伤监测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种损伤监测方法，特别涉及一种改进Lamb波工程结构裂纹监测与评估方法。

背景技术

随着对结构安全性、可靠性要求的不断提高，结构损伤的检测和诊断日益引起人们的高度重视，尤其是针对裂纹损伤的检测，为了防止结构损伤所带来的灾难或损失，必须对结构进行有效的快速检测。

Lamb波是在自由边界条件下，固体结构中传播的弹性导波，具有衰减慢、传播距离远的特点，且对结构中的微小损伤十分敏感，因此，近年来Lamb波结构健康技术的应用已经从航空航天领域拓展到土木工程、船舶、铁路及自动化工业领域，在保证结构安全、减少人员和财产损失等方面发挥着重要的作用。起源于医学的Lamb波概率层析成像技术是近些年来技术领域内引入的一种新技术方法，相较于传统的Lamb波结构健康技术，如椭圆定位和三角测量方法等，该技术可以直观地重构出损伤的位置、大小和程度等信息，对于裂纹损伤监测与评估展现出了较好的研究前景。然而由于Lamb波传播的复杂性，遇到裂纹时存在端点效应，在裂纹端点处会发生Lamb波模式的转换，这对裂纹的方向、长度的评估以及重构裂纹损伤带来困难。

基于以上考虑，本发明人对现有的基于Lamb波概率成像的结构裂纹损伤检测方法进行了改进，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种十字正交扫描Lamb波工程结构裂纹损伤监测的方法，其可以可靠稳定地判别裂纹损伤的方向，实现裂纹损伤的准确监测和评估。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种十字正交扫描Lamb波工程结构裂纹损伤监测的方法，包括如下步骤：

(1)在待测结构上，根据检测区域大小，布置一组压电传感器组成激励/传感圆形阵列；

(2)在激励/传感阵列中,选择一个压电传感器作为激励器，并设为S_m，剩余所有压电传感器作为传感器，并设为S_n，组建监测通道，采集结构当前状态下所有激励/传感通道的Lamb波响应信号其中m，n＝1，2，3，…，且m≠n；

(3)将步骤(2)中采集到的Lamb波响应信号作为损伤信号，再根据步骤(2)中的方法在健康的板结构中采集Lamb波响应信号作为参考信号然后计算所有激励/传感通道的SDC值：

(4)根据步骤(3)得到的SDC值，利用概率成像原理，重构出板中裂纹损伤可能存在的区域；

(5)对通过可能损伤区域内的所有两两垂直十字交叉的路径，计算其SDC值差值的绝对值，并找出差值绝对值最大的一组十字交叉路径，取其中SDC值较小的那条路径，将其所在方向判定为裂纹方向；

(6)将裂纹判定方向上的SDC值校正为1，采用概率成像原理重构裂纹损伤图像；

(7)根据成像结果，设定合适的阈值，进一步计算得到裂纹损伤的长度信息。

上述步骤(1)中，以铝板结构作为待测结构。

上述步骤(2)中，通过函数发生器和功率放大器将Lamb波超声信号加载到激励器S_m上，在结构中激发激励信号；经电荷放大器将S_m激励下的Lamb波结构响应信号传感、放大并采集送入控制计算机中，得到S_m激励下的Lamb波响应信号

上述Lamb波超声信号为窄带信号，选择其合适的中心频率以激发出单一模式或以某种模式为主的Lamb波信号。

上述步骤(5)的详细步骤为：

(51)选择压电传感器S_m作为激励器，其他压电传感器S_n作为传感器，在组成的监测通道中找出通过损伤区域的全部路径其中m，n＝1，2，3，…，且m≠n；

(52)对于路径根据压电激励/传感圆形阵列布置，找出垂直于该路径且通过损伤区域、由压电传感器S_l和S_g的监测路径组成十字正交路径对其中g，l＝1，2，3，…，且g≠l；

(53)计算十字正交监测路径和的SDC值的差值，并取差值的绝对值

(54)求取所有十字正交监测路径SDC值差值绝对的最大值以其对应两条监测路径中SDC值小的方向为裂纹方向。

上述步骤(7)的详细内容是：对再次重构裂纹损伤图像中，在判定的裂纹方向的监测路径上，按照超过设定阈值的图像像素点数量和间距计算裂纹损伤长度。