基于導波的結(jié)構(gòu)損傷識別與定位算法研究.pdf

1、大型的建筑結(jié)構(gòu)或者一些現(xiàn)場設(shè)備、材料在使用過程中隨著時間的推移經(jīng)歷環(huán)境侵蝕、結(jié)構(gòu)老化、疲勞效應等，容易存在結(jié)構(gòu)性損傷，出現(xiàn)耐用性能下降，可靠性得不到滿足，直接影響到國民生命財產(chǎn)安全以及工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。引入健康監(jiān)測方法來對結(jié)構(gòu)中潛在的損傷狀況進行檢測、評估，確保結(jié)構(gòu)處于安全工作狀態(tài)勢在必行。許多大型的結(jié)構(gòu)或者復雜的現(xiàn)場部署結(jié)構(gòu)如果單靠人力進行檢測維護，不但耗費大量人力物力，還可能存在由于結(jié)構(gòu)的復雜或處于人力所不能及的狀態(tài)而導致的檢測盲

2、區(qū)。因而智能化、標準化的檢測手段越來越得到人們的重視。
　　本文的研究背景為對熱軋生產(chǎn)線生產(chǎn)出來的鋼板進行結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測。鋼板在生產(chǎn)過程中需要經(jīng)歷高溫、高壓、高強度的環(huán)境，再加上在通過傳送輥傳送的過程中，容易因打滑、偏擺、碰撞而產(chǎn)生表面缺陷，如凹坑、裂紋等，影響鋼的品質(zhì)。甚至，有些缺陷隱藏在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成殘次品，在使用過程中留下致命隱患。廠方為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要對所出品的鋼板進行結(jié)構(gòu)健康檢測。單純依靠人眼進行辨識自然無法完成這項任

3、務，在這種情況下，就需要依靠專門的結(jié)構(gòu)損傷的識別方法。近年來，隨著智能材料的概念的出現(xiàn)以及計算機科學和傳感、通信技術(shù)的快速發(fā)展，使智能傳感器和網(wǎng)絡化的智能健康監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)成為了可能。其中可用于超聲導波檢測的壓電晶片造價便宜，體積小，適合在空間中大規(guī)模部署，作為智能傳感元器件對結(jié)構(gòu)進行主動檢測。導波檢測屬于一種無損超聲檢測技術(shù)，它通過附著在材料表面或者嵌入材料內(nèi)部的壓電換能元器件激勵產(chǎn)生彈性應力波，然后利用同樣部署在材料表面或內(nèi)部的壓電

4、換能傳感器檢測接收材料中傳播的導波信號并進行處理分析。對于在厚度方向上伸展遠小于長、寬度方向的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)會成為波的導體令導波可以沿著結(jié)構(gòu)表面長距離傳播而相對耗散較小，因而在對人力難以抵達的部位進行探測時能派上很大用場。并且高頻的導波對結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者表面的不連續(xù)、缺損、中空等損傷十分敏感，導波會在這些位置發(fā)生折射反射，其中還包括復雜的模態(tài)轉(zhuǎn)換過程，與損傷部位的這些相互作用會使接收到的導波中存在損傷特征信息，對這些特征信息的分析處理可以推測出

5、損傷的位置、輪廓形態(tài)乃至受損的嚴重程度等。所以導波檢測也適用于對視線無法觸及結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行檢測。
　　本文研究了超聲導波檢測的原理和方法，并考慮如何應用到結(jié)構(gòu)的損傷檢測、定位上，主要內(nèi)容包括：⑴超聲導波在結(jié)構(gòu)中的傳播特性以及與損傷部位的相互作用，導波的傳播模型描述。⑵對導波信號的多模態(tài)特性進行研究，將原始時域信號轉(zhuǎn)換到頻率-波數(shù)域上，并使用譜聚類的方法對多模態(tài)進行識別與分離。⑶通過對導波的傳播機理進行建模，獲得能描述導波傳播特性的模