The invention discloses a method for monitoring and evaluating the penetrating crack of metal plate structure based on Lamb wave. The steps of the method are as follows: sensor arrangement and signal acquisition; calculation of damage factor; calculation of the possible area of penetrating crack; identification of the direction of penetrating crack; determination of the location of penetrating crack; evaluation of penetrating crack length and mutual perpendicularity in the sensing network. The direction of the crack can be obtained by the relationship between the difference of the damage factor of the sensing path. An improved probabilistic damage imaging method is adopted to reconstruct the through-crack, so as to realize the quantitative evaluation of the through-crack. The direction of the penetrating crack is identified by the relationship between the damage factors of the vertical sensing paths in the sensor network, which is in good agreement with the theoretical analysis and experimental results. The coordinate points and the length of the penetrating crack are identified by the improved probabilistic damage imaging algorithm. The reconstructed image can reflect the crack information well and realize the quantitative evaluation of the penetrating crack.
【技术实现步骤摘要】
一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法
本专利技术涉及一种基于LAMB波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,属于结构健康监测领域,可用于对金属板结构进行实时监测,实现大范围板结构贯穿裂纹的监测与评估。
技术介绍
金属板结构广泛应用于航空航天、船舶、化工、机械等领域,板材在服役期间受到荷载冲击、应力集中及环境等因素的综合作用,很容易产生疲劳损伤,甚至造成灾难性后果。结构中很多损伤都是以裂纹为初始状态,对裂纹进行实时监测对于提高结构安全至关重要。Lamb波是一种在板结构中传播的超声导波,具有衰减小、传播距离远及对微小损伤敏感等特点,可实现板结构中缺陷的大范围监测。然而由于Lamb波传播的复杂性,当遇到缺陷时会产生反射、折射和模态转换等现象,对缺陷的识别和尺寸评估带来了困难。目前常用缺陷成像方法如椭圆成像算法、双曲线成像算法等,可对缺陷进行成像,但无法获得裂纹方向、大小等信息,因此,需要一种能够对金属板结构裂纹进行实时监测与评估的方法。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,对贯穿裂纹的方向和长度进行识别与评估。提出适合裂纹特性表征的损伤因子计算方法,利用传感网络中相互垂直传感路径损伤因子差的大小关系得到裂纹方向,采取改进的概率损伤成像方法实现对贯穿裂纹的重构,从而实现贯穿裂纹的定量评估。为实现上述目的,本专利技术采用如下设计方案:一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,该方法包括如下步骤,步骤(1)传感器布置与信号采集在待测金属板结构上,N个压电传感器均匀地布置在以被测区域的中心为圆心的圆 ...
【技术保护点】
1.一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,其特征在于:该方法包括如下步骤,步骤(1)传感器布置与信号采集;步骤(2)损伤因子的计算;步骤(3)贯穿裂纹可能存在区域的计算;步骤(4)贯穿裂纹方向识别;步骤(5)贯穿裂纹经过位置确定;步骤(6)贯穿裂纹长度评估。
【技术特征摘要】
1.一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,其特征在于:该方法包括如下步骤,步骤(1)传感器布置与信号采集;步骤(2)损伤因子的计算;步骤(3)贯穿裂纹可能存在区域的计算;步骤(4)贯穿裂纹方向识别;步骤(5)贯穿裂纹经过位置确定;步骤(6)贯穿裂纹长度评估。2.根据权利要求1所述的一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,其特征在于:步骤(1)传感器布置与信号采集在待测金属板结构上,N个压电传感器均匀地布置在以被测区域的中心为圆心的圆上,N≥12;每个传感器Si均作为激励,i=1,……N-1;其它传感器Sj作为接收来采集信号,j=i+1,i+2,……N,其中激励信号为采用汉宁窗调制的5周期正弦波信号;依次采集无损/基准信号和监测信号,共得到N(N-1)组信号。3.根据权利要求1所述的一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,其特征在于:步骤(2)损伤因子的计算在监测过程中,当传感路径上有裂纹时,监测信号与无损信号相比,其幅值和相位均发生变化,这种差异程度用损伤因子DI表示,传感路径Pij的损伤因子计算方法为:其中,xi表示无损信号,表示无损信号的平均值,yi表示监测信号,表示监测信号的平均值;传感路径Pij中,Si为激励传感器,Sj为接收传感器。4.根据权利要求1所述的一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法,其特征在于:步骤(3)贯穿裂纹可能存在区域的计算采用概率损伤成像方法,将每条传感路径的损伤因子通过空间分布函数进行映射,从而得到该路径影响下被测范围内所有离散点的损伤概率;空间分布函数如下:式中,β为形状因子,控制着传感直达路径上损伤因子影响区域的大小,其值小于1;Rij(x,y)为任一离散点(xk,yk)到激励传感器(xik,yik)和接收传感器(xkj,ykj)距离之和与传感路径长度...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴斌,赵娜,刘秀成,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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