基于Lamb波的結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)技術(shù)方法研究.pdf

1、工程結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用期間往往會(huì)受到復(fù)雜載荷和環(huán)境影響產(chǎn)生損傷和退化，為了保證結(jié)構(gòu)的使用安全性和耐久性及避免災(zāi)害性事故發(fā)生，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)尤為重要D結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)作為健康監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可以實(shí)時(shí)在線獲得結(jié)構(gòu)的損傷信息，對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀況評(píng)估有著重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　現(xiàn)有結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)方法主要包括基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)的損傷檢測(cè)方法和基于超聲導(dǎo)波的損傷檢測(cè)方法D其中，基于超聲導(dǎo)波的方法是首先在結(jié)構(gòu)中激勵(lì)導(dǎo)波，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷時(shí)，在結(jié)構(gòu)上傳

2、播的導(dǎo)波會(huì)與結(jié)構(gòu)損傷發(fā)生相互作用并產(chǎn)生反射、散射現(xiàn)象D然后通過(guò)對(duì)傳感器接收的帶有結(jié)構(gòu)損傷信息的信號(hào)進(jìn)行分析處理，利用一定的處理方法提取出反映損傷信息的信號(hào)特征，最終結(jié)合相應(yīng)的損傷檢測(cè)方法確定結(jié)構(gòu)的健康狀況D考慮到超聲導(dǎo)波中的Lamb波具有傳播距離遠(yuǎn)，沿傳播路徑上衰減小，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的微小變化或損傷均敏感的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)己被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中D本文利用Lamb波在損傷檢測(cè)中的優(yōu)點(diǎn)，完成了以下幾個(gè)方面的研究工作：
　　(1)系統(tǒng)論述了波

3、動(dòng)方程、相速度、群速度等在內(nèi)的Lamb波基本理論，分析了Lamb波的頻散特性，數(shù)值模擬了基于壓電材料的Lamb波激勵(lì)、傳播的模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(2)基于陣列信號(hào)處理方法空間譜理論在空間信源的波達(dá)方向估計(jì)上的優(yōu)勢(shì)，提出了使用空間譜估計(jì)理論對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)在結(jié)構(gòu)上布置壓電傳感器接收傳播的Lamb波信號(hào)獲得結(jié)構(gòu)損傷信息。采用非相干信號(hào)子空間法(Incoherent Signal subspace Method，IS

4、M)對(duì)結(jié)構(gòu)單一損傷引起的反射波進(jìn)行處理，對(duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷的位置進(jìn)行定位D隨后，采用相干信號(hào)子空間法(Coherent Signal subspace Method，CSM)解決了損傷反射信號(hào)和邊界反射信號(hào)相干或兩個(gè)損傷反射信號(hào)相干時(shí)的損傷位置波達(dá)方向估計(jì)問(wèn)題，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(3)采用相控陣天線技術(shù)，得到了陣列天線波束柵瓣的形成與抑制條件，對(duì)比了陣列天線在陣元間距與傳播波長(zhǎng)比不同情況下的波束特性，詳細(xì)分析了陣列天線不同的窗函

5、數(shù)對(duì)陣列天線加權(quán)的影響。最后，通過(guò)相控陣天線技術(shù)改變結(jié)構(gòu)上壓電片陣列激勵(lì)Lamb波時(shí)產(chǎn)生的波束方向，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描從而對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行檢測(cè)。
　　(4)提出了基于最大相似性原理與遺傳算法相結(jié)合對(duì)結(jié)構(gòu)損傷引起的反射波進(jìn)行重構(gòu)的方法，由此獲得了結(jié)構(gòu)的損傷信息。隨后，將本文所提方法得到的損傷信號(hào)與有限元仿真的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)該算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該方法區(qū)別傳統(tǒng)的基于參考信號(hào)方法可以較精確地重構(gòu)出包含結(jié)構(gòu)損傷信息的波信號(hào)，

6、進(jìn)而準(zhǔn)確獲得結(jié)構(gòu)損傷特征，在結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)中具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
　　(5)結(jié)構(gòu)在外界工作環(huán)境下，為了給待測(cè)的損傷結(jié)構(gòu)計(jì)算提供準(zhǔn)確的材料參數(shù)，提出了一種基于Lamb波特性結(jié)合最大相似性原理的測(cè)量方法實(shí)時(shí)獲取結(jié)構(gòu)材料參數(shù)。在外界環(huán)境變化下，利用最大相似性原理對(duì)不同材料參數(shù)結(jié)構(gòu)上傳播的Lamb波波形進(jìn)行計(jì)算，并與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。將對(duì)比結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算結(jié)果達(dá)到一致時(shí)就可認(rèn)為獲得待測(cè)結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)。最后，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)