本发明专利技术提出了一种适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，属于飞行器结构健康监测技术领域。本方法首先将压电传感网络中各个激励‑传感通道的信号特征与基准信号特征之间的差异作为损伤因子；然后计算各通道损伤因子伴随损伤扩展过程的渐进增量，从而对当前时刻的损伤散射信号渐进加权；并基于映射过程得到各向异性结构的导波传播飞行时间；最后将渐进加权后的损伤散射信号以及飞行时间代入延迟累加成像算法，获得一系列损伤信息不断累积的结果，从而实现损伤扩展成像。本发明专利技术解决了常规损伤成像方法难以对复合材料结构内部损伤的扩展过程进行准确成像的问题，有效提高了飞行器复合材料结构损伤诊断的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞行器结构健康监测，特别涉及一种适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法。
技术介绍
1、飞行器中的复合材料结构由于增强纤维和树脂基体的脆性，结构内部容易发生难以直接目视的损伤，且在服役载荷作用下损伤不断演化扩展，使其力学性能不断退化，结构的承载能力也随之降低。因此，为了避免结构突然失效所带来的灾难性事故，需要及时监测复合材料损伤的出现及损伤的演化过程。
2、在飞行器结构健康监测领域中，导波成像方法具有对小损伤敏感、可在线大面积监测的优势。然而，由于飞行器复合材料结构具有强各向异性，不同传播路径的导波信号特征在损伤扩展过程中变化差异较大，直接基于各通道的损伤散射信号进行损伤成像，将出现未损伤区域的导波散射能量大于损伤区域的情况，且不同路径导波传播速度差异较大，从而为成像结果带来较大误差，无法准确跟踪复合材料结构损伤的扩展演化过程。
3、本专利技术方法基于压电传感网络中各个激励-传感通道的损伤因子的变化规律提取不同路径的渐进加权系数，增强损伤路径信号的同时，有效抑制非损伤路径信号，并针对具有各向异性的导波波速建立映射过程，对各路径的导波飞行时间计算过程进行优化，解决了常规损伤成像方法难以对复合材料结构内部损伤扩展过程进行准确成像的问题，有效提高了飞行器复合材料结构损伤诊断的可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，以解决常规损伤成像方法难以对复合材料结构内部损伤扩展过程进行准确成像的问题。</p>2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：提供一种适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，包括如下步骤：
3、s1、当复合材料结构处于健康状态即结构无损伤时，采集结构上布置的压电传感器网络中各激励-传感通道的导波信号作为基准信号；
4、s2、当复合材料结构处于监测状态即结构损伤出现并扩展时，连续采集n次压电传感器网络中各激励-传感通道的导波信号作为监测信号，并计算监测信号与基准信号特征之间的损伤因子；其中n感通；
5、s3、基于各激励-传感通道第n次与第n-1次的损伤因子，计算得到各通道的渐进加权系数；其中n的损；
6、s4、将各激励-传感通道第n次的监测信号与基准信号作差得到损伤散射信号，并基于所述步骤s3得到的渐进加权系数对各通道的损伤散射信号进行加权；
7、s5、将导波传播速度与其散射的路径相匹配，即对不同方向和区域的导波群速度进行预测量，然后将导波速度与传播路径一一映射，从而计算得到各传播路径的飞行时间；
8、s6、将所述步骤s4得到的加权后各激励-传感通道损伤散射信号以及所述步骤s5得到的飞行时间代入到延迟累加成像算法中，得到第n次结构损伤成像结果；
9、s7、重复步骤s2至步骤s6，直至损伤扩展结束；
10、s8、通过累积得到的n幅损伤成像结果，即可表征出损伤扩展成像的全过程。
11、进一步的，所述步骤s3中，各通道的渐进加权系数记为δdi，计算方法如下：
12、δdin＝din-din-1,n 1
13、其中，δdin表示第n次的渐进加权系数，din表示第n次的损伤因子，din-1表示第n-1次的损伤因子；损伤因子的计算方法如下：
14、
15、
16、其中，m为相关矩阶数，rxy(τ)为基准信号x(t)和监测信号y(t)之间的互相关，τ为滞后参数。
17、进一步的，所述步骤s4中，损伤散射信号加权计算方法为：
18、
19、其中，i表示激励-传感通道的序号，即第i个通道；表示第i个通道渐进加权后的损伤散射信号，c表示修正信号幅值的常数，对于多数损伤因子计算方法，损伤因子值都在0～1之间，c的值取10，使得信号幅值不会因损伤因子加权而减小；δdii为第i个通道的渐进加权系数。
20、进一步的，所述步骤s5中，各传播路径的飞行时间计算方法为：
21、s4-1、在结构中固定激励传感器的位置，然后每隔一定角度布置接收传感器，从而测量得到不同方向的导波群速度；然后对其他结构区域用同样的方法进行导波速度预测量；
22、s4-2、根据结构中任意点与激励和传感压电片之间的坐标相对位置，通过三角函数计算入射和出射路径的方向，并结合成像点所在位置，判断其对应的结构区域，从而将传播路径的导波速度与预先测量的波速数据进行映射；
23、s4-3、对于含有n个通道的监测区域，结构中任意一点为o(x,y)，可计算出第i个通道从激励pm—o(x,y)—传感pn；其中m和n表示传感器序号，且m1 n；这一过程的传播时间ti(x,y)为：
24、
25、其中，toff表示于激励信号波包在时域中的位置，cmo表示从激励pm—o(x,y)的导波群速度，cno表示从激励o(x,y)—传感pn的导波群速度，i表示激励-传感通道的序号。
26、进一步的，所述步骤s6具体为：
27、将所有经过点o(x,y)损伤散射信号si(t)包络env[si(t)]进行相移求和，可得到该点的能量值e(x,y)为：
28、
29、其中，i表示激励-传感通道序号(1#i n)，表示第i个通道渐进加权后的损伤散射信号，ti表示各传播路径的飞行时间，env表示信号的包络能量；
30、重复上述步骤，累积得到的损伤扩展全过程的成像结果，即可表征出损伤扩展成像的全过程。
31、本专利技术提供的适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法取得的有益效果是：
32、本专利技术解决了常规损伤成像方法难以对复合材料结构内部损伤扩展过程进行准确成像的问题，有效提高了飞行器复合材料结构损伤诊断的可靠性。
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【技术保护点】
1.一种适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，其特征在于，所述步骤S3中，各通道的渐进加权系数记为ΔDI，计算方法如下：
3.如权利要求1所述的适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，其特征在于，所述步骤S4中，损伤散射信号加权计算方法为：
4.如权利要求1所述的适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，其特征在于，所述步骤S5中，各传播路径的飞行时间计算方法为：
5.如权利要求1所述的适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：
【技术特征摘要】
1.一种适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，其特征在于，所述步骤s3中，各通道的渐进加权系数记为δdi，计算方法如下：
3.如权利要求1所述的适用于复合材料结构的渐进损伤扩展成像方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陶静雅，刘博，华溪如，王小卫，孙自强，沈俭，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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