本文關(guān)鍵詞：基于空間—波數(shù)濾波器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測成像方法研究

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【摘要】：隨著航空科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,飛機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性問題日益突出。航空結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)被視為保障新材料大量應(yīng)用、提高飛機(jī)安全性、降低飛機(jī)維護(hù)費(fèi)用的關(guān)鍵技術(shù),受到了廣泛研究。本文重點(diǎn)研究了一種基于壓電傳感器陣列和Lamb波的空間-波數(shù)濾波器成像方法,實(shí)現(xiàn)了航空結(jié)構(gòu)的損傷/沖擊主被動(dòng)監(jiān)測,為航空結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供了一種新的技術(shù)手段。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:(1)針對空間-波數(shù)濾波器損傷成像方法存在的近場和角度監(jiān)測盲區(qū)問題,提出了基于近場優(yōu)化和十字陣的成像方法,實(shí)現(xiàn)了全方位損傷成像。并根據(jù)十字陣的角度盲區(qū)優(yōu)化思想,提出了基于損傷角度疊加融合的全方位無波速成像方法,在解決近場和角度盲區(qū)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了不依賴于Lamb波波速的成像。在航空玻璃纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料層合板中對兩種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(2)針對空間-波數(shù)濾波器損傷成像方法依賴于Lamb波波數(shù)的問題,研究了一種空間-波數(shù)濾波器的波數(shù)搜索匹配構(gòu)建方法,提出了基于十字陣和波數(shù)搜索匹配空間-波數(shù)濾波器相結(jié)合的損傷成像方法,實(shí)現(xiàn)了不依賴于Lamb波波數(shù)的全方位損傷成像。在航空鋁板和碳纖維復(fù)合材料層合板中分別對波數(shù)搜索匹配空間-波數(shù)濾波器和損傷成像方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明該方法可以在無法準(zhǔn)確獲取Lamb波波數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)全方位損傷成像,并且受陣元位置誤差的影響較小。(3)針對空間-波數(shù)濾波器損傷成像方法難以對結(jié)構(gòu)沖擊進(jìn)行成像的問題,研究了沖擊窄帶信號的提取方法和沖擊距離估計(jì)方法,提出了基于十字陣和波數(shù)搜索匹配空間-波數(shù)濾波器相結(jié)合的沖擊成像方法,將空間-波數(shù)濾波器成像方法推廣到了結(jié)構(gòu)的沖擊監(jiān)測中,并在碳纖維復(fù)合材料層合板中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,研究結(jié)果表明該方法可以在無法準(zhǔn)確獲取Lamb波波數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)沖擊成像,并且不存在角度盲區(qū)。(4)在真實(shí)航空油箱結(jié)構(gòu)的變厚度復(fù)合材料面板中對本文研究的空間-波數(shù)濾波器成像方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果顯示該方法的角度判別誤差不大于2°,損傷定位誤差不大于2 cm,沖擊定位誤差不大于3.2 cm。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測 復(fù)合材料 Lamb波 壓電傳感器陣列 損傷成像 沖擊成像 空間-波數(shù)濾波器
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-16
• 注釋表16-17
• 第一章 緒論17-32
• 1.1 研究背景及意義17-20
• 1.2 基于Lamb波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測成像方法20-25
• 1.3 空間-波數(shù)濾波器及其損傷成像方法25-29
• 1.4 本文的研究目的、內(nèi)容及安排29-32
• 第二章 空間-波數(shù)濾波器的基本原理及特性分析32-57
• 2.1 Lamb波傳播的波數(shù)模型32-37
• 2.2 空間-波數(shù)濾波器的基本原理37-41
• 2.2.1 Lamb波空間采樣37-39
• 2.2.2 空間-波數(shù)濾波器39-41
• 2.3 基于空間-波數(shù)濾波器的損傷成像41-46
• 2.3.1 求取信號波數(shù)42-44
• 2.3.2 構(gòu)建解析信號44-46
• 2.3.3 估計(jì)損傷距離46
• 2.4 空間-波數(shù)濾波器的基本特性46-50
• 2.4.1 近場盲區(qū)分析46-48
• 2.4.2 角度盲區(qū)分析48-49
• 2.4.3 沖擊監(jiān)測分析49-50
• 2.5 空間-波數(shù)濾波器的盲區(qū)特性實(shí)驗(yàn)研究50-56
• 2.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置50-51
• 2.5.2 近場盲區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果51-54
• 2.5.3 角度盲區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果54-56
• 2.6 本章小結(jié)56-57
• 第三章 基于空間-波數(shù)濾波器的全方位成像方法57-78
• 3.1 基于近場優(yōu)化和十字陣的全方位成像方法57-62
• 3.1.1 近場盲區(qū)優(yōu)化57-58
• 3.1.2 角度盲區(qū)優(yōu)化58-60
• 3.1.3 全方位損傷成像60-62
• 3.2 全方位損傷成像方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證62-67
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置62-63
• 3.2.2 波速測量63-64
• 3.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果64-67
• 3.3 基于損傷角度疊加融合的全方位無波速成像方法67-71
• 3.3.1 損傷角度圖像獲取68-69
• 3.3.2 全方位無波速損傷成像69-70
• 3.3.3 方法的實(shí)施流程70-71
• 3.4 全方位無波速損傷成像方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證71-76
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置71-73
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果73-76
• 3.5 本章小結(jié)76-78
• 第四章 空間-波數(shù)濾波器的波數(shù)搜索匹配構(gòu)建方法78-89
• 4.1 方法的基本原理78-80
• 4.2 方法的實(shí)施流程80-82
• 4.3 方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證82-86
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置82-83
• 4.3.2 參考波數(shù)83-84
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果84-86
• 4.4 方法的特性研究86-88
• 4.4.1 陣元數(shù)目的影響86-87
• 4.4.2 陣元間距的影響87-88
• 4.5 本章小結(jié)88-89
• 第五章 結(jié)構(gòu)損傷的波數(shù)搜索匹配空間-波數(shù)濾波器成像方法89-100
• 5.1 損傷成像方法的基本原理89-91
• 5.1.1 損傷角度估計(jì)90-91
• 5.1.2 損傷距離估計(jì)91
• 5.2 損傷成像方法的實(shí)施流程91-93
• 5.3 損傷成像方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證93-99
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置93-95
• 5.3.2 損傷成像及陣元位置影響分析95-99
• 5.4 本章小結(jié)99-100
• 第六章 結(jié)構(gòu)沖擊的波數(shù)搜索匹配空間-波數(shù)濾波器成像方法100-114
• 6.1 沖擊成像方法的基本原理100-106
• 6.1.1 沖擊窄帶信號提取100-105
• 6.1.2 沖擊距離估計(jì)方法105-106
• 6.2 沖擊成像方法的實(shí)施流程106-107
• 6.3 沖擊成像方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證107-113
• 6.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置107-108
• 6.3.2 沖擊成像108-113
• 6.4 本章小結(jié)113-114
• 第七章 空間-波數(shù)濾波器成像方法在航空結(jié)構(gòu)中的驗(yàn)證114-126
• 7.1 驗(yàn)證裝置114-117
• 7.2 信號波速測量117-118
• 7.3 損傷成像結(jié)果118-121
• 7.4 沖擊成像結(jié)果121-125
• 7.5 本章小結(jié)125-126
• 第八章 總結(jié)與展望126-128
• 8.1 本文主要工作總結(jié)126-127
• 8.2 下一步研究展望127-128
• 參考文獻(xiàn)128-139
• 致謝139-141
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文141-142

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本文編號：695028