【摘要】：基于超聲導(dǎo)波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是提高飛行器結(jié)構(gòu)安全性、降低維護(hù)成本的重要手段,但環(huán)境因素極易引起超聲導(dǎo)波診斷信號(hào)的改變,導(dǎo)致?lián)p傷虛報(bào)或誤報(bào),降低損傷診斷結(jié)果的可靠性,限制其工程化應(yīng)用,因而必須對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行補(bǔ)償。本文采取數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法。首先對(duì)超聲導(dǎo)波分別在溫度和載荷單獨(dú)作用下的傳播過(guò)程進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬,掌握超聲導(dǎo)波傳播特性變化規(guī)律;然后在典型航空鋁板上布置壓電傳感器網(wǎng)絡(luò)以激勵(lì)和接收超聲導(dǎo)波,并分別在恒溫箱、拉伸試驗(yàn)機(jī)和高溫拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行單一環(huán)境因素作用及兩個(gè)環(huán)境因素耦合作用試驗(yàn),提取環(huán)境因素對(duì)超聲導(dǎo)波影響的信號(hào)特征量,在此基礎(chǔ)上提出了基于基準(zhǔn)信號(hào)匹配的超聲導(dǎo)波環(huán)境補(bǔ)償方法,并采取基于概率加權(quán)分布成像的損傷診斷算法,驗(yàn)證了該環(huán)境補(bǔ)償方法的有效性。本文主要的研究工作和結(jié)果總結(jié)如下:(1)討論分析了溫度和載荷單獨(dú)作用下的超聲導(dǎo)波在板狀結(jié)構(gòu)中傳播機(jī)理,采取多物理場(chǎng)仿真分析軟件Comsol模擬了溫度和載荷作用下的超聲導(dǎo)波傳播過(guò)程,并總結(jié)了單一環(huán)境因素(溫度和載荷)對(duì)超聲導(dǎo)波信號(hào)的幅值和到達(dá)時(shí)間的影響規(guī)律。(2)從實(shí)驗(yàn)角度,設(shè)計(jì)了單一環(huán)境因素對(duì)超聲導(dǎo)波傳播特性影響的試驗(yàn)方案,分析了溫度和載荷對(duì)超聲信號(hào)幅值、相位和波速三個(gè)特征量的影響規(guī)律,得出溫度對(duì)超聲導(dǎo)波的影響大于載荷對(duì)超聲導(dǎo)波的影響,但載荷對(duì)導(dǎo)波的影響具有方向性。導(dǎo)波信號(hào)特征量的變化隨環(huán)境因素的改變具有近似的線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,借鑒匹配追蹤算法的求解思路,提出一種基于基準(zhǔn)信號(hào)匹配的超聲導(dǎo)波信號(hào)環(huán)境補(bǔ)償方法,并討論了導(dǎo)波信號(hào)激勵(lì)頻率和路徑差異對(duì)補(bǔ)償結(jié)果的影響。該方法的特點(diǎn)是當(dāng)?shù)谝淮窝a(bǔ)償?shù)男Ч粷M足給定要求,可選取殘差信號(hào),進(jìn)行多次迭代補(bǔ)償以滿足給定的要求。(3)從多環(huán)境因素耦合作用的角度,設(shè)計(jì)了溫度和載荷聯(lián)合加載的試驗(yàn)方案,討論分析A0和S0兩種模態(tài)超聲導(dǎo)波信號(hào)的三個(gè)特征量的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)兩者耦合作用下對(duì)導(dǎo)波信號(hào)產(chǎn)生了高度非線性影響。通過(guò)改進(jìn)基準(zhǔn)信號(hào)集的選擇,利用基于基準(zhǔn)信號(hào)匹配的超聲導(dǎo)波環(huán)境補(bǔ)償方法來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度-載荷耦合作用影響下的補(bǔ)償。總之,環(huán)境因素單獨(dú)作用和耦合作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證了該補(bǔ)償方法的有效性。
【圖文】：

了超聲導(dǎo)波的檢測(cè)性能，引入統(tǒng)計(jì)Ｉ和ＩＩ類誤差［２５］。而飛行器結(jié)構(gòu)都是暴露在這逡逑些環(huán)境因素下的，如果采取基于基準(zhǔn)信號(hào)比較的診斷策略，而沒有消除環(huán)境影響，逡逑容易導(dǎo)致?lián)p傷誤報(bào)或虛報(bào)，如圖１．２。超聲導(dǎo)波是通過(guò)激勵(lì)端傳感器產(chǎn)生導(dǎo)波信逡逑號(hào)，再由膠層作為能量傳遞介質(zhì)使得導(dǎo)波在結(jié)構(gòu)中傳播，然后被接收端傳感器接逡逑收。因此，需要從傳感器－膠層－結(jié)構(gòu)三者耦合角度，考慮單個(gè)環(huán)境因素或多個(gè)環(huán)逡逑境因素耦合作用下對(duì)超聲導(dǎo)波傳播特性的影響，明晰不同環(huán)境因素改變對(duì)導(dǎo)波傳逡逑播特性影響的內(nèi)在機(jī)理，才能從根本上解決環(huán)境因素對(duì)ＧＷＳＨＭ的影響。逡逑３逡逑

邋？５０邐２Ｘ）０逡逑ｌ．ｍ？，ｌ0Ｅ．７．）逡逑圖１．２邋（ａ）不同溫度對(duì)導(dǎo)波信號(hào)的影響；（ｂ）溫度影響造成的損傷虛報(bào)％逡逑基于以上背景，本文擬重點(diǎn)研宄ＧＷＳＨＭ技術(shù)的環(huán)境補(bǔ)償問(wèn)題，，將從理論逡逑和試驗(yàn)兩個(gè)角度來(lái)探宄單環(huán)境因素及多環(huán)境因素作用對(duì)超聲導(dǎo)波傳播特性的影逡逑響，通過(guò)分析超聲導(dǎo)波信號(hào)特征的改變，找出超聲導(dǎo)波傳播特性隨環(huán)境因素變化逡逑的規(guī)律，然后利用基于基準(zhǔn)信號(hào)匹配的方法來(lái)補(bǔ)償環(huán)境因素造成的影響，從而提逡逑高ＧＷＳＨＭ在損傷診斷方面的可靠性。逡逑１．２國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題逡逑１．２．１環(huán)境因素對(duì)超聲導(dǎo)波的影響逡逑影響超聲導(dǎo)波傳播特性的環(huán)境因素包括溫度、應(yīng)力、壓力、濕度，重點(diǎn)是考逡逑慮溫度和應(yīng)力的影響。本節(jié)綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于環(huán)境因素對(duì)超聲導(dǎo)波傳播特性影響逡逑的研宄現(xiàn)狀，并分析存在的問(wèn)題。逡逑（１）溫度對(duì)超聲導(dǎo)波的影響逡逑溫度是對(duì)超聲導(dǎo)波傳播影響最大的環(huán)境因素［１８，１９，２４，２＾２９］，能引起結(jié)構(gòu)的幾何逡逑特征（如長(zhǎng)度、厚度）、物理特征（如模量、剛度、阻尼）的改變，以及材料特性變逡逑化導(dǎo)致的邊界條件改變
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V267

【參考文獻(xiàn)】

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5 徐欣;袁慎芳;;結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中壓電元件的溫度補(bǔ)償方法[J];壓電與聲光;2006年06期

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2 沈益青;基于改進(jìn)的匹配追蹤算法的信號(hào)稀疏分解[D];浙江大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2633164