一种复合材料板损伤定位方法、装置和存储介质制造方法及图纸

本申请提供了一种复合材料板损伤定位方法、装置和存储介质，涉及复合材料结构健康监测领域，方法包括针对每个路径，向路径对应的激励端发出参考重发射信号，基于参考重发射信号，确定各路径对应的接收端的损伤重构信号，确定各路径对应的接收端预设的健康重构信号，基于各路径的各损伤重构信号和健康重构信号，计算各路径的损伤指标，确定监测区域中的所有像素点，其中，监测区域由各激励端和各接收端包围所构成的复合材料板中的区域，基于各路径的损伤指标，确定各像素点对应的最终损伤概率；将最高损伤概率对应的像素点作为复合材料板的损伤点。可以提高复合材料板损伤定位的精确性。确性。确性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料板损伤定位方法、装置和存储介质


[0001]本申请涉及复合材料结构健康监测领域，具体而言，涉及一种复合材料板损伤定位方法、装置和存储介质。

技术介绍

[0002]复合材料是指由两种或两种以上物理或化学性能各异的单一材料，经过物理或者化学的方法组合而成的一种新型材料，具有重量轻、比强度及比模量大、低蠕变和强耐腐蚀性等优点。但复合材料在低速冲击下极易产生分层损伤，因此分层损伤的在线监测具有重要意义。
[0003]在复合材料的脱粘或分层损伤监测方面，由于复合材料结构特性，材料的各向异性导致了导波传播速度的各向异性，加之受到多模态和频散等因素的影响，实现有效的导波复合材料健康监测与损伤识别并非易事。利用能量损伤因子进行监测复合材料冲击损伤，利用损伤概率成像方法可以实现冲击损伤位置的判别，然而该方法的定位精度偏差较大，并不能精确定位和呈现损伤位置与区域。(见文献张倩昀,张华,赵银燕.复合材料冲击损伤监测的概率成像方法[J].应用声学,2016,35(05):426
‑
430)。
[0004]时间反转方法可以将多模态的导波信号重新聚焦成为原始的激励信号，因此作为一种有效的频散补偿方法引入导波损伤监测。结合概率成像算法，提出了一种基于时间反转的无基线兰姆波检测方法来检测复合材料板的分层损伤。通过分析时间反转信号的峰值位置，提出了一种新的损伤指标，然而该指标在结构距离损伤较远处仍旧有较大的数值，对成像造成一定的误差，其使用了图像补偿的方法消除了该影响，然而成像精度仍然有待提高。(见文献Liu Z H,Zhong X W,Dong T C,et al.Delamination detection in composite plates by synthesizing time
‑
reversed Lamb waves and a modified damage imaging algorithm based on RAPID[J].Struct Control Health Monit,2017,24(5):17)。
[0005]针对时间反转方法损伤监测灵敏度低的缺点，针对螺栓连接的螺栓松动问题，提出了一种改进的时间反转方法，对螺栓预紧力监测实现准确的识别，大幅提高了监测灵敏度。然而，该方法仅针对螺栓连接结构，缺少对复合材料损伤监测与成像的相关研究。(见文献Du F,Xu C,Wu G,et al.Preload monitoring of bolted L
‑
shaped lap joints using virtual time reversal method[J].Sensors,2018,18(6):1928.)。
[0006]上述方法中，复合材料损伤监测存在精度不高，受到导波多模态影响大，因此提出一种改进的损伤定位方法，提高了对复合材料损伤监测和定位的灵敏度与精度。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于提供一种复合材料板损伤定位方法、装置和存储介质，能够提高对复合材料板损伤定位的准确性。
[0008]为了实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：
[0009]第一方面，本申请提供了一种复合材料板损伤定位方法，所述方法包括：
[0010]针对每个路径，向所述路径对应的激励端发出参考重发射信号，其中，复合材料板上设置有预设数量对的激励端和接收端，各所述激励端和各所述接收端构成多个路径，所述参考重发射信号为在所述复合材料板处于健康状态下，对激励端发出初始激励信号后被接收端接收后进行时域反转后的信号；
[0011]基于所述参考重发射信号，确定各所述路径对应的接收端的损伤重构信号；
[0012]确定各所述路径对应的接收端预设的健康重构信号；
[0013]基于各所述路径的各损伤重构信号和所述健康重构信号，计算各路径的损伤指标；
[0014]确定监测区域中的所有像素点，其中，所述监测区域由各所述激励端和各所述接收端包围所构成的所述复合材料板中的区域；
[0015]基于各路径的损伤指标，确定各所述像素点对应的最终损伤概率；
[0016]将最高损伤概率对应的像素点作为所述复合材料板的损伤点。
[0017]在可选的实施方式中，所述损伤指标满足以下公式：
[0018][0019]其中，A
D
为损伤重构信号的峰峰值，A
H
为健康重构信号的峰峰值。
[0020]在可选的实施方式中，所述损伤指标满足以下公式：
[0021][0022]其中，E
H
为健康重构信号的中心波包处所有数据点的平方和，E
D
为损伤重构信号的中心波包处所有数据点的平方和。
[0023]在可选的实施方式中，所述基于各路径的损伤指标，确定各所述像素点对应的最终损伤概率的步骤，包括：
[0024]针对每个像素点，基于各路径的损伤指标，确定所述像素点基于每个路径上的第一损伤概率；
[0025]基于各所述第一损伤概率，计算各所述像素点的最终损伤概率。
[0026]在可选的实施方式中，所述第一损伤概率满足以下公式：
[0027]P
i
(x,y)＝路径i的损伤指标
×
W
i
(x,y)；
[0028]其中，DI
i
为路径i的损伤指标，W
i
(x,y)为非负权重函数，其值在0
‑
1之间，P
i
(x,y)为第一损伤概率。
[0029]在可选的实施方式中，所述最终损伤概率满足以下公式：
[0030][0031]其中，N为路径个数，α为损伤影响的最大范围，R
mn
为该像素点到构成路径i的激励端的距离与该像素点到构成路径i的接收端的距离的和，与构成路径i的激励端和接收端的距离的比值，P
i
(x,y)为该像素点在路径i的第一损伤概率。
[0032]在可选的实施方式中，所述初始激励信号为基于汉宁窗调制的正弦信号，所述初始激励信号的中心频率的范围为100kHz
‑
200kHz，所述初始激励信号的峰峰值大于或者等
于10Vpp。
[0033]在可选的实施方式中，所述激励端和接收端设置为压电传感器。
[0034]第二方面，本申请实施例提供了一种复合材料板损伤定位装置，所述装置包括：
[0035]信号触发模块，用于针对每个路径，向所述路径对应的激励端发出参考重发射信号，其中，复合材料板上设置有预设数量对的激励端和接收端，各所述激励端和各所述接收端构成多个路径，所述参考重发射信号为在所述复合材料板处于健康状态下，对激励端发出初始激励信号后被接收端接收后进行时域反转后的信号；
[0036]第一确定模块，用于基于所述参考重发射信号，确定各所述路径对应的接收端的损伤重构信号；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料板损伤定位方法，其特征在于，所述方法包括：针对每个路径，向所述路径对应的激励端发出参考重发射信号，其中，复合材料板上设置有预设数量对的激励端和接收端，各所述激励端和各所述接收端构成多个路径，所述参考重发射信号为在所述复合材料板处于健康状态下，对激励端发出初始激励信号后被接收端接收后进行时域反转后的信号；基于所述参考重发射信号，确定各所述路径对应的接收端的损伤重构信号；确定各所述路径对应的接收端预设的健康重构信号；基于各所述路径的各损伤重构信号和所述健康重构信号，计算各路径的损伤指标；确定监测区域中的所有像素点，其中，所述监测区域由各所述激励端和各所述接收端包围所构成的所述复合材料板中的区域；基于各路径的损伤指标，确定各所述像素点对应的最终损伤概率；将最高损伤概率对应的像素点作为所述复合材料板的损伤点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述损伤指标满足以下公式：其中，
D
为损伤重构信号的峰峰值，A
H
为健康重构信号的峰峰值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述损伤指标满足以下公式：其中，E
H
为健康重构信号的中心波包处所有数据点的平方和，E
D
为损伤重构信号的中心波包处所有数据点的平方和。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于各路径的损伤指标，确定各所述像素点对应的最终损伤概率的步骤，包括：针对每个像素点，基于各路径的损伤指标，确定所述像素点基于每个路径上的第一损伤概率；基于各所述第一损伤概率，计算各所述像素点的最终损伤概率。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一损伤概率满足以下公式：P
i
(x,y)＝路径i的损伤指标
×
W
i
(x,y)；其中，W
i
(x,y)为非负权重函数，其值在0
‑
1之间，P
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜飞，南阳，徐超，李存真，樊浩东，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：