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文檔簡介
1、開展面向航空結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)方法研究是預(yù)防重大事故發(fā)生、提高飛行器經(jīng)濟(jì)效益、降低維護(hù)成本的重要手段。然而,常用的無損檢測(cè)方法多以接觸式的方式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè),對(duì)于具有復(fù)雜曲面形式的航空結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)無損檢測(cè)技術(shù)難以滿足高自動(dòng)化程度和高檢測(cè)效率的要求。針對(duì)這一問題,本文開展了基于激光技術(shù)的非接觸式、遠(yuǎn)距離無損檢測(cè)方法研究。該方法的實(shí)質(zhì)是采用激光傳感或激光激勵(lì)的方式提取損傷引起的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變化,從而對(duì)損傷的位置和程度進(jìn)行評(píng)估。在檢測(cè)過程中,激光光
2、路經(jīng)過偏轉(zhuǎn)鏡的反射落在待測(cè)結(jié)構(gòu)的表面。通過改變反射鏡的轉(zhuǎn)角就能夠非常方便地實(shí)現(xiàn)激光大范圍的移動(dòng)和掃描。因此,該技術(shù)適合應(yīng)用在檢測(cè)面積很大的航空結(jié)構(gòu)中。
本文具體從激光振動(dòng)和激光超聲兩個(gè)方面進(jìn)行無損檢測(cè)方法的研究。首先,激光振動(dòng)損傷檢測(cè)方法利用結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)響應(yīng),能夠?qū)p傷出現(xiàn)的位置進(jìn)行識(shí)別;其次,采用激光超聲損傷檢測(cè)方法,激勵(lì)結(jié)構(gòu)中的高頻Lamb波信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)損傷具體形貌的成像。論文從理論推導(dǎo)、數(shù)值仿真、系統(tǒng)搭建和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等多
3、個(gè)方面開展了深入的研究,主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
1.提出了基于稀疏邊界測(cè)量技術(shù)的虛擬激勵(lì)檢測(cè)方法。①建立了虛擬激勵(lì)法在“弱”形式下的檢測(cè)原理;②推導(dǎo)了損傷特征因子與虛擬單元邊界振動(dòng)響應(yīng)之間的關(guān)系;③提出了激勵(lì)頻率和權(quán)函數(shù)的選擇方法,避免了算法中使用數(shù)值差分求解振動(dòng)位移高階導(dǎo)數(shù)的過程;④采用數(shù)值仿真的手段驗(yàn)證了所提出方法的檢測(cè)效果。這部分研究主要解決了傳統(tǒng)嚴(yán)格形式下虛擬激勵(lì)法抗噪能力弱的缺點(diǎn),并采用了虛擬單元?jiǎng)澐值姆绞?,通過離散
4、單元檢測(cè)的手段減少了測(cè)量的點(diǎn)數(shù)。
2.建立了激光振動(dòng)與含金屬芯壓電纖維智能夾層組合的損傷檢測(cè)系統(tǒng)。①以基于稀疏邊界測(cè)量技術(shù)的損傷檢測(cè)方法為理論基礎(chǔ),結(jié)合了激光多普勒測(cè)振和含金屬芯壓電纖維智能夾層兩種測(cè)量方式進(jìn)行了系統(tǒng)搭建;②提出了含金屬芯壓電纖維智能夾層的封裝方法及其標(biāo)定流程;③通過歐拉-伯努利梁的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了所提出方法的有效性。這部分研究主要解決了結(jié)構(gòu)分布式高頻應(yīng)變的測(cè)量問題,并采用多傳感系統(tǒng)融合的方式實(shí)現(xiàn)了虛擬單元邊界振動(dòng)
5、情況的測(cè)量,實(shí)現(xiàn)了所提出檢測(cè)方法的應(yīng)用。
3.提出了基于Lamb波波場(chǎng)數(shù)據(jù)分析的損傷成像方法。①在激光超聲檢測(cè)技術(shù)獲取結(jié)構(gòu)中Lamb波傳播波場(chǎng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,建立了損傷附近Lamb波傳播的簡化模型;②提出了基于小波變換的Lamb波干涉能量提取算法;③提出了基于入射波異常信號(hào)能量提取的損傷成像方法。通過這部分內(nèi)容的研究,從理論上分析了損傷對(duì)Lamb波傳播產(chǎn)生的影響,并提取了能夠用于表征損傷位置和形狀的特征因子,為激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)的
6、建立與損傷成像技術(shù)的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
4.研制了激光超聲損傷檢測(cè)系統(tǒng)。①采用二維掃描振鏡控制脈沖激光在待測(cè)結(jié)構(gòu)表面的掃描,實(shí)現(xiàn)了可移動(dòng)的Lamb波激勵(lì)方式。利用聲發(fā)射傳感器和激光多普勒測(cè)振儀對(duì)固定位置的Lamb波響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行獲取,通過聲學(xué)互易原理,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中Lamb波傳播過程的可視化;②從面向?qū)嶋H工程應(yīng)用的角度,開發(fā)了一套綜合硬件驅(qū)動(dòng)、掃描控制、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)分析等功能的系統(tǒng)管理軟件;③實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)能夠在金屬和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)
7、中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的Lamb波傳播數(shù)據(jù)采集,并成功地在飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)中得到了驗(yàn)證。
5.開展了激光超聲無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與驗(yàn)證。①對(duì)典型的金屬和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了損傷成像方法的實(shí)施,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提出方法在損傷成像分辨率上的提高;②實(shí)驗(yàn)研究了損傷延伸方向與損傷深度對(duì)檢測(cè)效果的影響;③結(jié)合激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)和疲勞拉伸試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)復(fù)合材料不同疲勞載荷周期數(shù)下的波場(chǎng)進(jìn)行了獲取,建立了Lamb波傳播相速度、傳播衰減率和模態(tài)能量分布比與疲勞周期數(shù)
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