复合材料层合板结构分层损伤监测方法技术

本发明专利技术提供了一种用于监测复合材料层合板结构中的分层损伤的方法，包括：在所述复合材料层合板结构上设置多个压电换能器对组以形成对应的多条监测路径，每个压电换能器对组以形成一条监测路径，其中每个压电换能器对组包括一个激励端换能器对和一个测量端换能器对，其中激励端换能器对和测量端换能器对中的两个压电换能器被对称布置在所述复合材料层合板结构的上下表面上；用Lamb波激励每个激励端换能器对；在每个测量端换能器对处对响应信号进行采样；以及基于所述响应信号确定所述复合材料层合板结构中是否存在分层损伤和/或确定分层损伤的位置。本发明专利技术还提供了一种对应的装置。

【技术实现步骤摘要】
复合材料层合板结构分层损伤监测方法
本专利技术涉及一种复合材料结构损伤监测方法，尤其涉及一种复合材料层合板结构分层损伤监测方法。
技术介绍
复合材料层合板结构在航空、航天、汽车等领域中被广泛应用。但是，复合材料层合板结构中容易出现损伤，尤其是分层损伤。为确保安全性，结构损伤监测方法被用于监测此类复合材料层合板结构中的分层损伤，所述方法利用永久分布在该结构上的传感器网络，通过自动化监测技术，综合考虑工作环境的变化和结构服役期限的不同，对该结构进行长期的、连续的、实时的结构损伤监测。基于Lamb波的结构损伤监测方法抗噪能力更强，对微小损伤敏感，非常适用于对典型的复合材料层合板结构进行结构分层损伤监测。此类技术的难点主要在于如何从复杂的弹性波信号中提取与结构分层损伤相关的特征信息。传统的基于Lamb波的结构损伤监测方法大都依赖于结构无损时的基准信息，通过比较监测信号和基准信号以利用两者之间的差异来实现损伤监测。然而诸如噪声、温度等环境因素，会对Lamb波的传播特性产生影响，使得响应信号中出现非损伤导致的差异，从而容易引起对结构损伤监测结果的误判。为了克服这一技术缺陷，需要开发无基准主动Lamb波损伤监测方法。例如授权公告号为CN102445496B的专利技术专利提出了一种基于Lamb波的板状结构无基准快速损伤监测方法。该方法包括在所述板状结构上下表面对称设置两对压电换能器以构成激励/传感组；依次将一组中心频率在一定频带内等间隔变化的窄带波激励信号加载到所述激励/传感组中激励端上下对称的两个压电换能器上，从而在板状结构中激发Lamb波；同时利用所述激励/传感组中传感端上下对称的两个传感压电换能器分别接收结构响应，得到四组响应信号；通过将响应信号转换为定义的四种中间信号，提取转换模态；根据转换模态能量进行损伤监测。该方法通过求Lamb特征信号的能量值，实现板状结构的裂纹快速监测，信号处理方法简单，监测效率高，然而该方法依赖于Lamb波在板状结构传播过程中遇到裂纹损伤时引起的模态转换现象，难以对复合材料分层损伤进行监测。随着复合材料在结构中的使用率不断提高，需要一种能够对复合材料结构的分层损伤进行无基准Lamb波监测的方法。
技术实现思路
为解决上述问题及其它问题，本专利技术提供了用于监测复合材料层合板结构中的分层损伤的方法。在本专利技术的一个方面中，提供了一种用于监测复合材料层合板结构中的分层损伤的方法，包括：在所述复合材料层合板结构上设置多个压电换能器对组以形成对应的多条监测路径，每个压电换能器对组以形成一条监测路径，其中每个压电换能器对组包括一个激励端换能器对和一个测量端换能器对，其中激励端换能器对和测量端换能器对中的两个压电换能器被对称布置在所述复合材料层合板结构的上下表面上；用Lamb波激励每个激励端换能器对；在每个测量端换能器对处对响应信号进行采样；以及基于所述响应信号确定所述复合材料层合板结构中是否存在分层损伤和/或确定分层损伤的位置。优选地，将所述复合材料层合板结构平均分为多个区域，每个区域中包括一个压电换能器对组。优选地，所述多个区域的区域数量大于等于3。优选地，所述Lamb波为A0模式的Lamb波。优选地，其中与所述多个压电换能器对组相对应的多条监测路径具有相同的长度。优选地，所述响应信号的采样总时间是至少部分基于Lamb的传播速度和/或所述监测路径的长度来计算的。优选地，所述方法还包括计算每条路径的分层损伤指标值，并基于所述分层损伤指标值来确定所述复合材料层合板结构中是否存在分层损伤和/或确定分层损伤的位置。优选地，其中所述分层损伤指标值是基于不同路径间的响应信号的互相关来计算的。优选地，其中所述分层损伤指标值是依据下式来计算的：其中DI(i)表示第i路径的分层损伤指标值，N表示路径的总数量，corr表示互相关运算，Ri表示第i路径上归一化后的响应信号，Rj表示第j路径上归一化后的响应信号。在本专利技术的另一个方面中，提供一种用于监测复合材料层合板结构中的分层损伤的装置，所述装置包括：多个压电换能器对组，所述多个压电换能器对组在所述复合材料层合板结构上设置以形成对应的多条监测路径，每个压电换能器对组以形成一条监测路径，其中每个压电换能器对组包括一个激励端换能器对和一个测量端换能器对，其中激励端换能器对和测量端换能器对中的两个压电换能器被对称布置在所述复合材料层合板结构的上下表面上，其中在操作中用Lamb波激励每个激励端换能器对，在每个测量端换能器对处对响应信号进行采样，并基于所述响应信号确定所述复合材料层合板结构中是否存在分层损伤和/或确定分层损伤的位置。本专利技术可以实现以下技术效果中的一项和/或多项：(1)本专利技术的方法能快速有效地识别复合材料的复合材料层合板结构中的损伤，尤其是分层损伤，从而保证结构在使用过程中的安全。(2)在一些实施例中，监测路径中的压电换能器完全对称，从而可以实现激励和测量的角色互换，在分层损伤监测中具有较强的灵活性。(3)本专利技术的方法采用无基准分层损伤识别技术，克服了有基准技术的一系列技术缺陷，可以不受环境变换和噪声的影响实现分层损伤识别，具有较强的准确性和稳定性。(4)本专利技术的方法将结构分成简单的几个监测区域，不仅可以判断分层损伤的存在性，还可以实现分层损伤区域的识别。(5)本专利技术的方法不仅能够实现单一分层损伤的识别，还能够同时对多处分层损伤进行识别。附图说明本专利技术的以上
技术实现思路
以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的专利技术的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。图1是示出复合材料层合板结构中的分层损伤导致的Lamb波A0模式延迟现象的示意图。图2是示出根据本专利技术的一个实施例的压电换能器在复合材料板上的布置的示意图。图3是示出根据本专利技术的一个实施例的在复合材料板中不存在分层损伤时的响应信号的示意图。图4是示出根据本专利技术的一个实施例的在复合材料板中不存在分层损伤时的分层损伤指标值的示意图。图5是示出根据本专利技术的一个实施例的在复合材料板中在一条监测路径中存在分层损伤时的响应信号的示意图。图6是示出根据本专利技术的一个实施例的在复合材料板中在一条监测路径中存在分层损伤时的分层损伤指标值的示意图。图7是示出根据本专利技术的一个实施例的在复合材料板中在三条监测路径中存在分层损伤时的响应信号的示意图。图8是示出根据本专利技术的一个实施例的在复合材料板中在三条监测路径中存在分层损伤时的分层损伤指标值的示意图。图9是示出根据本专利技术的一个实施例的方法的流程图。具体实施方式以下在具体实施方式中详细叙述本专利技术的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本专利技术的
技术实现思路
并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本专利技术相关的目的及优点。为了能够对由复合材料构成的复合材料层合板结构进行分层损伤监测，本专利技术提供了一种无基准分层损伤监测方法。下面参考附图来详细描述根据本专利技术的各实施例。在下面的描述中，将首先结合附图1来说明复合材料层合板结构中的分层损伤导致的Lamb波A0模式延迟现象，随后参考附图9，结合图2中示出的压电换能器组布置来说明根据本专利技术的监测复合材料层合板结构中的分层损伤的方法。然后，将结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监测复合材料层合板结构中的分层损伤的方法，包括：在所述复合材料层合板结构上设置多个压电换能器对组以形成对应的多条监测路径，每个压电换能器对组以形成一条监测路径，其中每个压电换能器对组包括一个激励端换能器对和一个测量端换能器对，其中激励端换能器对和测量端换能器对中的两个压电换能器被对称布置在所述复合材料层合板结构的上下表面上；用Lamb波激励每个激励端换能器对；在每个测量端换能器对处对响应信号进行采样；以及基于所述响应信号确定所述复合材料层合板结构中是否存在分层损伤和/或确定分层损伤的位置。

【技术特征摘要】
1.一种用于监测复合材料层合板结构中的分层损伤的方法，包括：在所述复合材料层合板结构上设置多个压电换能器对组以形成对应的多条监测路径，每个压电换能器对组以形成一条监测路径，其中每个压电换能器对组包括一个激励端换能器对和一个测量端换能器对，其中激励端换能器对和测量端换能器对中的两个压电换能器被对称布置在所述复合材料层合板结构的上下表面上；用Lamb波激励每个激励端换能器对；在每个测量端换能器对处对响应信号进行采样；以及基于所述响应信号确定所述复合材料层合板结构中是否存在分层损伤和/或确定分层损伤的位置。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述复合材料层合板结构平均分为多个区域，每个区域中包括一个压电换能器对组。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个区域的区域数量大于等于3。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Lamb波为A0模式的Lamb波。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中与所述多个压电换能器对组相对应的多条监测路径具有相同的长度。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述响应信号的采样总时间是至少部分基于Lamb的传播速度和/或所述监测路径的长度来计算的。7.如权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：何志全，王春寿，刘杨，江航，王法穆，陈锋，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31