[发明专利]一种基于压电阵列的非线性Lamb波结构疲劳损伤层析成像方法

说明书

本发明揭示了一种基于压电阵列的非线性Lamb波结构疲劳损伤层析成像方法，该方法通过以下几个步骤实现：在结构上布置激励/传感阵列；然后，构建传感通道，采集各个激励/传感通道上的Lamb波响应信号；通过Lamb波主动监测的方法提取有损和无损非线性参数值，通过非线性参数值的变化率计算出损伤位置；利用非线性Lamb波变化量作为特征参数，在损伤成像中采用了RAPID层析成像算法，来进行信号比较和图像重构。利用非线性Lamb波变化量作为特征参数，在损伤成像中采用了RAPID层析成像算法，来进行信号比较和图像重构，对微裂纹、结构疲劳以及其他结构早期微损伤的监测提供了可靠的方法。

技术领域

本发明涉及一种基于压电阵列的非线性Lamb波结构疲劳损伤层析成像方法，可用于损伤检测技术领域。

背景技术

金属结构一直被广泛应用于轨道交通、船舶、航天航空等多个领域。金属结构在生产和服役过程中，结构表面或内部因制造、使用等原因易形成损伤。受传统监测原理限制，微裂纹、结构疲劳等损伤等早期损伤的形式在微观中轻易不会被及时发现。这些在设备的安全运行的过程中产生的潜在危害容易引起结构的突然失效，这些隐患如果不及处理可能会导致重大安全事故，因此，对于该类损伤形成机理和检测技术的探索与研究是损伤检测领域内的重点方向。

传统的线性Lamb波监测是利用Lamb波在结构的传播过程中遇到缺陷时产生散射、反射和对能量吸收的线性特征进行缺陷检测。传统的监测技术对被检测介质中具有明显声抗差别的、开放式裂纹的和体积型缺陷的损伤敏感，可以解决很多比较常规的问题。近些年，由于材料科学取得迅速发展，外加人们更加关注结构早期微损伤，并且将监测技术应用于工程实践的要求不断提高，传统的Lamb波监测技术越来越受其原理所限，对微损伤缺陷存在不敏感或不可检的现象。受到非线性监测技术的启发，非线性Lamb波监测方法有很大可能解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种基于压电阵列的非线性Lamb波结构疲劳损伤层析成像方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于压电阵列的非线性Lamb波结构疲劳损伤层析成像方法，该方法包括以下步骤：

S1：在待测结构上，根据待测区域的大小，布置六个压电传感器组成激励/传感六边形阵列；

S2：在激励/传感阵列中选择一个传感器作为激励器，其他五个传感器为接收器，即采用压电传感阵列，6个传感器被均匀地布置在铝板上，以传感器A为激励器，其余的5个传感器作为接收器；

S3：使用窄带信号为激励信号，在示波器采集到信号后采用短时傅里叶变换首先进行时频域分析，再分别提取相应频率信号实现模式分离；

S4：根据时频分析结果，分别提取基频和二倍频Lamb波响应信号，得到基频二次谐波幅值，求出相对非线性参数值，以及非线性参数值的变化率，根据非线性参数值的变化率找出疲劳损伤的位置和所在区域；

S5：利用非线性Lamb波变化量作为特征参数，在损伤成像中采用了RAPID层析成像算法，重构出损伤的图像。

S6：根据成像结果，设定合适的阈值。

优选地，在S1步骤中，所述待测结构为铝板结构。

优选地，在S2步骤中，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A上，在结构中激发激励信号；经电荷放大器将激励器A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Lamb波响应信号。

优选地，所述S4步骤中，根据时频分析结果，得到基频幅值A1和二次谐波幅值A2，求出相对非线性参数β’的值，以及β’值的变化率β₀，根据β₀找出疲劳损伤的位置和所在区域。