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原文传递一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法

专利名称：	一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法
摘要：	本发明公开了一种基于Lamb波的金属板结构贯穿裂纹监测与评估方法，该方法实现的步骤包括如下，传感器布置与信号采集；损伤因子的计算；贯穿裂纹可能存在区域的计算；贯穿裂纹方向识别；贯穿裂纹经过位置确定；贯穿裂纹长度评估，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。通过传感网络中相互垂直传感路径损伤因子差的大小关系识别贯穿裂纹的方向，与理论分析和实验结果吻合较好；采用改进的概率损伤成像算法对贯穿裂纹经过的坐标点和长度进行识别，重构的图像可以很好地反应裂纹信息，实现对贯穿裂纹的定量评估。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京工业大学
发明人：	吴斌;赵娜;刘秀成
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-05T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-04T00:00:00+0800
申请号：	CN201910161930.8
公开号：	CN109839437A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：	沈波
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	100124 北京市朝阳区平乐园100号
主权项：	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即激励传感器到接收传感器之间的距离的比值，再减1，表达式为: N个压电片组成的传感器网络中，所有传感路径影响下监测区域内任意点(x,y)的损伤分布概率为：对所有传感路径影响下每个点的损伤概率进行叠加合成，成像图中颜色较深的区域也即损伤概率较大的位置，裂纹可能存在的区域。 5.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(4)贯穿裂纹方向识别在N个压电片组成的传感网络Pij中，将其按激励传感器的不同即i为一固定值时分为N-1组；首先选出每组中损伤因子最大的传感路径，然后再从N-1个最大损伤因子中找到最大的n个损伤因子及其对应的传感路径，这n条路径均有可能垂直于裂纹方向，n＜N；找出分别和这n条路径垂直且经过裂纹可能存在区域的路径，如果垂直于某条路径有两条及以上路径经过该区域，则选定损伤因子最大的路径为所求路径；n组相互垂直路径的2个损伤因子相减并取绝对值，最大值对应的2条路径即为裂纹垂直和平行方向。 6.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(5)贯穿裂纹经过位置确定在步骤(3)求得的贯穿裂纹可能存在的区域中，损伤概率最大的点即裂纹经过的点，所以取损伤概率大于阈值的坐标点并求平均值，即经过裂纹的坐标点。 7.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(6)贯穿裂纹长度评估以步骤(4)求出的垂直于贯穿裂纹长度方向的传感路径中，距离裂纹所在直线近的传感器为激励传感器，其余传感器做接收传感器；以垂直于裂纹的接收传感器为中心，向两侧查找大于阈值的损伤因子，并在两侧分别找到临界损伤因子及对应的接收传感器；由激励传感器和两个临界接收传感器确定2条直线，2条直线和裂纹所在直线的交点即为裂纹的两个端点，由几何算法确定裂纹的长度。
所属类别：	发明专利