[发明专利]一种铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤监测方法

说明书

技术领域

本发明提供一种铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤监测方法，它涉及一种基于代数迭代重建算法的铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤监测方法，具体涉及一种基于代数迭代重建算法(ART)的铝合金多孔结构腐蚀损伤监测方法，属于结构健康监测技术领域。

背景技术

结构健康监测技术综合运用了传感器技术、信号处理和分析技术等，对结构的实际情况进行实时监测，为大型关键结构的安全性、可靠性和耐久性提供了重要参考。基于兰姆波的无损检测因其经济性有着广泛的应用，而且越来越多的被应用在结构健康监测中。代数迭代重建算法(ART)在医学计算机断层扫描(CT)中已有广泛的应用，本专利把其引用于多孔铝合金板的孔边腐蚀损伤成像中。当多孔铝合金板存在孔边腐蚀损伤时，获取所需的波形，并运用适当地数据处理分析方法对其进行处理分析，从而提取损伤特征，并通过代数重建法(Algebraic Reconstruction Techniques,ART)得到损伤的位置信息，实现了基于CT原理的多孔铝合金结构孔边腐蚀损伤监测研究。

发明内容

(1)目的

本专利针对航空铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤难以实时有效监测的问题，提出了一种基于代数迭代重建算法的多孔铝合金结构孔边腐蚀损伤监测方法，即基于断层扫描的多孔铝合金结构孔边腐蚀损伤监测方法。本专利利用压电传感器在多孔结构外围阵列，进行信号激励与采集，并利用先进的信号处理方法和信号分析方法提取损伤特征量，最终对孔边腐蚀进行定位和定量。

(2)技术方案

本发明针对铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤的监测，主要通过代数迭代重建算法实现对铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤的实时监测。

本发明一种铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤监测方法，即一种基于代数迭代重建算法的铝合金多孔结构孔边腐蚀损伤监测方法，具体包括如下步骤来实现：

步骤一：

本发明选用材料铝合金，牌号为Al-2024-T3，有6个孔位于铝合金结构上，其几何尺寸如图2所示；美国Steminc公司的压电传感器，并采用正方形阵列布局；其中，在每边布置了四个压电传感器，16个压电传感器共组成了96条路径，如图3所示。本发明采用了一发一收的压电传感器收发方式；因为其激励和接收压电传感器分布在测试区域的两侧，会有更少的边界反射信号的干扰，所以一发一收布局会对远距离损伤更为敏感；

步骤二：

本发明采用了120kHz的中心频率的正弦波激励信号，接收到的兰姆波即Lamb波是一种多种模式同时存在的频散波，在本发明中分析的为反对称波(A0)；

步骤三：

针对压电传感器网络布局和选取的信号特征量，运用基于代数重建迭代(ART)的断层扫描算法；基于代数重建迭代(ART)的断层扫描算法原理是将板的待检测区域均匀的划分网络；压电传感器采用一发一收的方法，每个压电传感器都分别作为发射和接收点；压电传感器发射的Lamb波从各个网格中经过，根据各网格中的衰减系数值成像；当板材无缺陷时，各个网格中的衰减系数基本相同，当存在缺陷时，缺陷处网格中的衰减系数不同于无缺陷处的衰减系数，基于以上原理，以此方式对损伤进行成像；

对于代数重建迭代算法即ART算法，需要根据腐蚀损伤监测的特点，对迭代算法进行优化，包括迭代次数的选择，基于半收敛判断的终止条件；

步骤四：

本发明采用氢氟酸溶液腐蚀多孔铝合金板的孔边区域来制造腐蚀损伤，当腐蚀损伤在Lamb波传播的路径上时，信号直达波的相位和幅值即相关系数发生了改变；

本发明通过分析Lamb波的相关系数进行损伤定位成像；Lamb波的幅值为5V，放大倍数为10，ART算法迭代次数选为10；

步骤五：

为了使得成像结果更为平滑，试验采用了均值滤波处理，对于每个待处理的当前网格，都会选择一个模板，该模板为其邻近的若干个网格所组成，用模板的均值来替代原像素的值，其公式为

式中，M为该网格与其周围的网格总数，f(x，y)为在第x行第y列的像素值，s为所有的网格，g(x，y)为求得的最终像素值；

试验成像损伤定位结果与实际损伤位置相一致，试验结果证明本损伤定位方法能准确的定位出两个损伤。

其中，步骤一中所述的“美国Steminc公司的压电传感器”，它是指SMD07T05R412WL压电陶瓷圆盘，其具体参数如表1所示。

表1