一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法，步骤为：S1、通过时间反转方法得到时间反转重构信号；S2、将上述时间反转重构信号与原激励信号对比并计算损伤指数DI

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法
本专利技术涉及无损检测领域，更具体地，涉及一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法，该方法适用于对板状结构中的损伤成像检测。
技术介绍
碳纤维增强聚合物基复合材料(CarbonFiberreinforcedplastics，CFRP)是一种由碳纤维和各种树脂制成的先进复合材料，具有高强度、低密度、易加工、耐腐蚀、抗疲劳等优势，近年来被广泛运用于航空航天、国防、汽车、能源、土木、机械等不同的工程领域。然而，由于复合材料的横向强度较低，在生产和使用的过程中，不可避免的会产生分层、纤维断裂、脱粘或基体开裂等不可见损伤，这些损伤可能导致灾难性的破坏，因此对其进行有效快速高效的检测就显得十分重要。Lamb波是在具有两个平行表面的介质中传播的由横波和纵波相互耦合而形成的特殊形式的应力波。与传统的超声波相比，其具有衰减慢，传播距离远，对传播路径上的微小损伤有很高敏感性的特点，在大型的各向同性金属板结构的无损检测和结构健康监测等领域中具有良好的应用潜力。目前大多数Lamb波损伤监测研究都是以健康结构响应信号为基准，采用损伤前后的响应信号作差的方法来获取Lamb波损伤散射信号。但是受实验环境条件的变化、人为操作误差等方面的影响，使得预先采集的信号有时不能成为结构板中当前状态的基准信号，一些情况下甚至无法得到结构健康状态下的基准信号，因此采用上述差信号的方法容易引起信号偏差，造成损伤监测的误判。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述提出的基于基准信号的Lamb波损伤检测技术中存在的无法准确获得健康状态下基准信号的问题，以及对复合材料层合板中多源损伤定位成像识别上的不足，提出一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法，本专利技术根据板类结构中Lamb波传播的时间反转聚焦原理，结合概率成像的加权分布方法对碳纤维增强聚合物基复合材料中的单源损伤和多源损伤进行检测成像。本专利技术通过在待检测结构中布置传感器阵列，接收响应信号，利用时间反转方法重构响应信号，与原激励信号进行对比计算获取损伤指数，继而使用该损伤指数作为概率成像的加权分布的权重系数，对检测区域的单源损伤和多源损伤进行定位成像，有效克服了因Lamb波的频散效应及检测环境变化等因素导致的无法准确获取无损基准信号的问题，避免了损伤监测的误判，实现了对复合材料板结构中多源损伤的有效识别。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法，步骤为：S1、通过时间反转方法得到时间反转重构信号；S2、将上述时间反转重构信号与原激励信号对比并计算损伤指数DIij；其中，i表示激励元件组的编号，j表示接收传感器的编号；S3、根据上述损伤指数DIij计算损伤概率P(x,y)，根据损伤概率P(x,y)的数值对待检测结构的损伤进行定位成像，确定损伤位置。所述步骤S1具体为：S11、以待检测结构上下表面对称设置的传感器为一组传感器，在待检测结构上设置m组传感器组成激励-传感圆形阵列；S12、先以激励-传感圆形阵列中的第1组传感器作为激励元件组，以剩余的m-1组传感器，每组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和每个接收传感器分别组成激励-传感通道，共组成m-1个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在m-1个激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述各Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对各时间反转后的响应信号分别进行截取得到m-1个截取信号，再将各截取信号分别加载到对应的接收传感器上，各接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的任意一个传感器，激励元件组共接收到m-1个响应信号；S13、再以第2组传感器作为激励元件组，剩余的m-2组传感器，每组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和每个接收传感器分别组成激励-传感通道，共组成m-2个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在m-2个激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述各Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对各时间反转后的响应信号分别进行截取得到m-2个截取信号，再将各截取信号分别加载到对应的接收传感器上，各接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的任意一个传感器，激励元件组共接收到m-2个响应信号；S14、再以第3组传感器作为激励元件组，剩余的m-3组传感器，每组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和每个接收传感器分别组成激励-传感通道，共组成m-3个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在m-3个激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述各Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对各时间反转后的响应信号分别进行截取得到m-3个截取信号，再将各截取信号分别加载到对应的接收传感器上，各接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的任意一个传感器，激励元件组共接收到m-3个响应信号；S15、依次类推，直到以第m-1组对应传感器作为激励元件组，剩余的第m组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和接收传感器组成1个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对时间反转后的响应信号进行截取得到个截取信号，再将截取信号加载到接收传感器上，接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的任意一个传感器，激励元件组共接收到1个响应信号；S16、将上述激励-传感圆形阵列中所有激励元件组接收到的响应信号分别归一化，得到各激励-传感通道对应的时间反转重构信号。所述时间窗是被用来从响应信号中截取出时间反转二次激励信号的，一般在触发正确的前提下，时间反转聚焦波包一定出现在时间反转窗右边界的左侧，且聚焦点与右边界的时间长度等于原始激励信号时间长度的一半。所述激励元件组进行激励的方式为：在板同一位置的上下表面，同一时刻同向垂直激发，获取单一的A0模态。所述激励元件对待检测结构进行激励的激励频率为150KHz。所述采集到的待检测结构在激励-传感通道的Lamb响应信号先进行时间反转，再采用时间窗对时间反转后的Lamb响应信号进行截取得到个截取信号。所述m的取值为大于或等于6。所述步骤S2具体为：将各激励-传感通道对应的时间反转重构信号分别与原激励信号对比，计算损伤指数DIij；损伤指数的计算公式为：其中，DIij为损伤指数，其中，i表示激励元件组的编号，j表示接收传感器的编号；N为激励-传感圆形阵列中所有激励-传感通道的总个数，n表示N中的一个激励-传感通道的编号；I(t)和V(t)分别表示原始激励信号和待检测结构中的时间反转重构信号。所述步骤S3具体为：S31、在待检测结构上划分出一个包含有激励-传感圆形阵列的区域作为成像区域，计算成像区域内任本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法，其特征在于，步骤为：/nS1、通过时间反转方法得到时间反转重构信号；/nS2、将上述时间反转重构信号与原激励信号对比并计算损伤指数DI

【技术特征摘要】
1.一种基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法，其特征在于，步骤为：
S1、通过时间反转方法得到时间反转重构信号；
S2、将上述时间反转重构信号与原激励信号对比并计算损伤指数DIij；其中，i表示激励元件组的编号，j表示接收传感器的编号；
S3、根据上述损伤指数DIij计算损伤概率P(x,y)，根据损伤概率P(x,y)的数值对待检测结构的损伤进行定位成像，确定损伤位置。


2.根据权利要求1所述的基于时间反转加权分布的复合材料Lamb波损伤成像方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
S11、以待检测结构上下表面对称设置的传感器为一组传感器，在待检测结构上设置m组传感器组成激励-传感圆形阵列；
S12、先以激励-传感圆形阵列中的第1组传感器作为激励元件组，以剩余的m-1组传感器，每组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和每个接收传感器分别组成激励-传感通道，共组成m-1个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在m-1个激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述各Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对各时间反转后的响应信号分别进行截取得到m-1个截取信号，再将各截取信号分别加载到对应的接收传感器上，各接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的任意一个传感器，激励元件组共接收到m-1个响应信号；
S13、再以第2组传感器作为激励元件组，剩余的m-2组传感器，每组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和每个接收传感器分别组成激励-传感通道，共组成m-2个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在m-2个激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述各Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对各时间反转后的响应信号分别进行截取得到m-2个截取信号，再将各截取信号分别加载到对应的接收传感器上，各接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的任意一个传感器，激励元件组共接收到m-2个响应信号；
S14、再以第3组传感器作为激励元件组，剩余的m-3组传感器，每组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和每个接收传感器分别组成激励-传感通道，共组成m-3个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在m-3个激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述各Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对各时间反转后的响应信号分别进行截取得到m-3个截取信号，再将各截取信号分别加载到对应的接收传感器上，各接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的任意一个传感器，激励元件组共接收到m-3个响应信号；
S15、依次类推，直到以第m-1组对应传感器作为激励元件组，剩余的第m组中的任意一个传感器作为接收传感器，激励元件组和接收传感器组成1个激励-传感通道；激励元件组对待检测结构进行激励，接收传感器采集待检测结构在激励-传感通道的Lamb响应信号，对前述Lamb响应信号进行时间反转，再采用时间窗对时间反转后的响应信号进行截取得到个截取信号，再将截取信号加载到接收传感器上，接收传感器将接收的响应信号发送至激励元件组中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李义丰，邹明霞，朱艾春，万夕里，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32