基于压电阵列的Lamb波金属薄板损伤识别研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:buerzui
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主动Lamb波损伤识别方法由于对金属板状结构中存在的裂纹、孔洞及分层等微小损伤敏感,是目前被认为最有效的板状结构损伤识别方法。目前Lamb波监测方法存在着信号信噪比低、损伤信号微弱,监测效率不高等问题。本文主要是基于Lamb波传播理论,采用理论分析、数值模拟及实验验证相结合的方法,对基于压电阵列的Lamb波薄板结构损伤识别进行研究,主要研究工作:研究金属薄板中Lamb波的传播特性,对Lamb波进行理论建模工作,绘制Lamb波频散曲线,并基于频散方程分析Lamb波的多模式、频散特性;分析利用单模式进行探伤的可行性,论文主要通过控制频厚积及优化的激励频率激发出单一的Lamb波模式,通过对A0及S0模式的特性分析,着重将A0模式作为本论文的研究重点;从损伤散射波入手,分析损伤对响应信号造成的时域内幅值衰减及时间延迟等现象,并结合时频域内分析手段,提取直达波的时间走时,从而利用压电多通道进行损伤识别技术的研究。利用有限元Comsol软件进行薄板的建模,分别进行二维及三维薄板中Lamb波传播特性分析,完成优化的激励频率下单模式的选取,与理论预期进行对比,同时布置压电阵列,选取五周期窄带激励信号进行多发多收的数值模拟,并进行基于单模式的多通道压电阵列损伤定位数值验证。搭建了基于Labview虚拟仪器的四通道同步响应信号数据采集系统,通过多通道开关的切换实现传感器的轮流依次激励与传感。对原始响应信号进行滤波降噪,并提出了基于固定单尺度的连续小波变换提取响应信号时间走时方法。在此基础上,通过在铝板上的人工钻孔模拟损伤,验证了压电阵列损伤识别方法的有效性,其定位精度和模拟结果相似。最后搭建了被动式监测平台,简单研究了铝板在钢球冲击下的反应性能,并通过四点圆弧法对冲击源进行了定位。
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