蘭姆（Lamb）波是一種在板狀或層狀結構中傳播的彈性波,具有傳播距離遠、對損傷敏感等特點。因此,Lamb波技術被認作實現損傷快速檢測的有效手段。然而,Lamb波在實際應用中仍存在諸多問題。一方面是,Lamb波的頻散特征和多模特性使得信號處理及數據分析難度較大;另一方面,因外部環(huán)境導致的Lamb波傳播行為改變會導致檢測方案失效。本文主要研究了在窄帶激勵作用下的Lamb波時域信號波包模型和信號參數估計方法,以解析的形式揭示了信號中波包特征與理論頻散曲線、傳播距離間的關系,并利用其關系研究了（準）各向同性板材的表面損傷定位問題。主要研究工作包括以下幾個方面:基于Lamb波的二階頻散理論,提出了時域信號的波包模型,為全文奠定理論基礎。模型考慮兩種情況:初始激勵以單模態(tài)傳播和由模態(tài)轉換現象引起的雙模態(tài)傳播。在模型推導過程中,明確地給出了模型參數、傳播距離、頻散特征之間的解析關系。在時-頻域內,通過實驗信號或（和）數值模擬信號對模型進行了驗證。利用信號波包模型,將信號處理過程中的反卷積問題轉化為參數估計問題。為解決參數估計問題,提出了一種基于期望-最大化（Expectation-maximizat... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

厚度為1mm的鋁板頻散曲線，(a)相速度曲線；(b)群速度曲線

第1章緒論-7-圖1-2(a)窄帶激勵與調制脈沖信號波形；(b)窄帶激勵與調制脈沖信號頻譜。Fig.1-2(a)waveformofnarrow-bandpulseandmodulationpulse,and(b)spectrumofnarrow-bandpulseandmodulationpulse.板結構中Lamb波頻散現象的解析表達是通過波數-頻厚積關系進行描述的。對于等厚板狀結構，波數和頻率的關系通過單個的實時信號是無法表述的。因此，一般的測量方案為單點激發(fā)，多點等距離采樣的方式，如圖1-3所示，最終生成的信號集合為：橫坐標為時間、縱坐標為傳播距離的信號矩陣。圖1-3波數曲線實驗測量示意圖Fig.1-3Schematicdiagramofwavenumbercurvesexperimentalmeasurement.為了得到波數-頻厚積關系，需要對矩陣進行兩次傅里葉變換（即二維傅里葉變換）：（1）時域-頻域轉換：將單個時域信號進行一維傅里葉變換，得到橫坐標為頻率、縱坐標為距離的矩陣；（2）距離域-波數域轉換：對結果再次進行傅里葉變換，得到橫坐標為頻率、縱坐標為波數的矩陣。采用窄帶激勵數據處理結果如圖1-4所示[54]。(b)激勵點：采樣點i=1,2,…,N：激勵點

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文-8-圖1-4頻率-波數曲線實驗測量結果[54]Fig.1-4Experimentalresultsoffrequency-wavenumber[54].借助時頻分析工具，例如短時傅里葉變換、維納分布、連續(xù)小波變換、希爾伯特-黃氏變換等[55-59]，可以得到時域信號中的頻率分布情況。當激發(fā)點和接收點的距離已知時，可以通過傳播距離和傳播時間的線性關系得到頻率-群速度的測量結果。在寬帶激勵作用下的處理如圖1-5所示[55]。圖1-5(a)寬帶激勵信號下的時域信號時-頻域結果;(b)群速度曲線[55]。Fig.1-5(a)Time-frequencyresultsoftimedomainsignalsunderbroadbandexcitationsignals,and(b)groupvelocitycurveresults[55].1.2.2結構損傷對Lamb波散射的相關研究Lamb波的傳播介質就是板結構本身。結構表面或內部出現損傷時，入射的彈性波會在損傷處發(fā)生散射現象，散射的彈性波信號是損傷檢測應用中所依賴的數A0A1（a）時間(s)頻率(Hz)（b）頻率(Hz)群速度(m/s)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于時間反轉法的Lamb波檢測技術的研究進展[J]. 劉增華,徐慶龍,董拓燦,龔裕,何存富,吳斌.  實驗力學. 2015(02)
[2]先進復合材料與航空航天[J]. 杜善義.  復合材料學報. 2007(01)

博士論文
[1]Lamb波損傷成像中的頻散補償方法研究[D]. 蔡建.南京航空航天大學 2012
[2]基于超聲相控陣原理的結構健康監(jiān)測技術研究[D]. 孫亞杰.南京航空航天大學 2010
[3]Lamb波時間反轉方法及其在結構健康監(jiān)測中的應用研究[D]. 王強.南京航空航天大學 2009



本文編號：3088212