基于導(dǎo)波的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別與定位算法研究.pdf

1、大型的建筑結(jié)構(gòu)或者一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、材料在使用過(guò)程中隨著時(shí)間的推移經(jīng)歷環(huán)境侵蝕、結(jié)構(gòu)老化、疲勞效應(yīng)等，容易存在結(jié)構(gòu)性損傷，出現(xiàn)耐用性能下降，可靠性得不到滿足，直接影響到國(guó)民生命財(cái)產(chǎn)安全以及工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。引入健康監(jiān)測(cè)方法來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)中潛在的損傷狀況進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估，確保結(jié)構(gòu)處于安全工作狀態(tài)勢(shì)在必行。許多大型的結(jié)構(gòu)或者復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)部署結(jié)構(gòu)如果單靠人力進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)，不但耗費(fèi)大量人力物力，還可能存在由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜或處于人力所不能及的狀態(tài)而導(dǎo)致的檢測(cè)盲

2、區(qū)。因而智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)手段越來(lái)越得到人們的重視。
　　本文的研究背景為對(duì)熱軋生產(chǎn)線生產(chǎn)出來(lái)的鋼板進(jìn)行結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)。鋼板在生產(chǎn)過(guò)程中需要經(jīng)歷高溫、高壓、高強(qiáng)度的環(huán)境，再加上在通過(guò)傳送輥傳送的過(guò)程中，容易因打滑、偏擺、碰撞而產(chǎn)生表面缺陷，如凹坑、裂紋等，影響鋼的品質(zhì)。甚至，有些缺陷隱藏在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成殘次品，在使用過(guò)程中留下致命隱患。廠方為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要對(duì)所出品的鋼板進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)。單純依靠人眼進(jìn)行辨識(shí)自然無(wú)法完成這項(xiàng)任

3、務(wù)，在這種情況下，就需要依靠專門的結(jié)構(gòu)損傷的識(shí)別方法。近年來(lái)，隨著智能材料的概念的出現(xiàn)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)和傳感、通信技術(shù)的快速發(fā)展，使智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)化的智能健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為了可能。其中可用于超聲導(dǎo)波檢測(cè)的壓電晶片造價(jià)便宜，體積小，適合在空間中大規(guī)模部署，作為智能傳感元器件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)檢測(cè)。導(dǎo)波檢測(cè)屬于一種無(wú)損超聲檢測(cè)技術(shù)，它通過(guò)附著在材料表面或者嵌入材料內(nèi)部的壓電換能元器件激勵(lì)產(chǎn)生彈性應(yīng)力波，然后利用同樣部署在材料表面或內(nèi)部的壓電

4、換能傳感器檢測(cè)接收材料中傳播的導(dǎo)波信號(hào)并進(jìn)行處理分析。對(duì)于在厚度方向上伸展遠(yuǎn)小于長(zhǎng)、寬度方向的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)會(huì)成為波的導(dǎo)體令導(dǎo)波可以沿著結(jié)構(gòu)表面長(zhǎng)距離傳播而相對(duì)耗散較小，因而在對(duì)人力難以抵達(dá)的部位進(jìn)行探測(cè)時(shí)能派上很大用場(chǎng)。并且高頻的導(dǎo)波對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者表面的不連續(xù)、缺損、中空等損傷十分敏感，導(dǎo)波會(huì)在這些位置發(fā)生折射反射，其中還包括復(fù)雜的模態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程，與損傷部位的這些相互作用會(huì)使接收到的導(dǎo)波中存在損傷特征信息，對(duì)這些特征信息的分析處理可以推測(cè)出

5、損傷的位置、輪廓形態(tài)乃至受損的嚴(yán)重程度等。所以導(dǎo)波檢測(cè)也適用于對(duì)視線無(wú)法觸及結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行檢測(cè)。
　　本文研究了超聲導(dǎo)波檢測(cè)的原理和方法，并考慮如何應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)、定位上，主要內(nèi)容包括：⑴超聲導(dǎo)波在結(jié)構(gòu)中的傳播特性以及與損傷部位的相互作用，導(dǎo)波的傳播模型描述。⑵對(duì)導(dǎo)波信號(hào)的多模態(tài)特性進(jìn)行研究，將原始時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻率-波數(shù)域上，并使用譜聚類的方法對(duì)多模態(tài)進(jìn)行識(shí)別與分離。⑶通過(guò)對(duì)導(dǎo)波的傳播機(jī)理進(jìn)行建模，獲得能描述導(dǎo)波傳播特性的模