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基于Lamb波的主动结构健康监测系统研究

作　者: 刘洋
导　师: 王乘
学　校: 华中科技大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: SHMS 无损检测 压电晶体 Lamb 波 Mindlin 板理论 TDOA 损伤定位
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 389次
引　用: 5次
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内容摘要


经过长期使用,土木、航空、大型管道和大型储物罐等结构中难免会产生大量局部损伤及微裂纹,为了使结构和材料处于良好的使用状态,必须开发一套科学有效的结构健康监测系统(Structural Health Monitoring System,简称SHMS)。SHMS可以分为主动SHMS 和被动SHMS 两种。被动SHMS 通过被动传感器进行监测和数据处理,仅仅“监听”通过结构振动产生的信号。在主动监测系统中,使用附在结构表面或嵌入结构中的激励器和传感器,通过激励器激发激励信号,在结构中引入弹性应力波,利用对传感器的接收信号的分析处理可以有效地探知结构中的损伤情况。本文研究在主动SHMS 中引入Lamb 波进行探伤,这种探伤方式具有探测距离远、探伤效率高、速度快以及适用的类型比较多等优点,具体工作如下: ①讨论了适合在主动SHMS 中激励和接收Lamb 波的激励传感器。传统的超声波发生装置体积庞大、安装复杂,不适合在分布式智能结构中广泛应用。而压电晶体激励传感器具有价值低廉、体积小、质量轻并且抗干扰能力强等优点,非常适合在主动SHMS 中应用。②因为Lamb 波具有多种模式,本文通过对Lamb 波探伤模式的研究,分析了利用A0模式的Lamb 波进行单模式探伤代替以往的多模式多次探伤的可行性。③根据以上的理论分析,构造了利用附在金属板上的压电激励器在结构中产生A0 模式的Lamb 波,并通过嵌入或附着在结构中的压电传感器进行接收的实验架构。④使用Mindlin 板理论和有限差分法对Lamb 波传播进行了仿真研究。⑤提出了一种基于TDOA 模型的损伤定位算法。利用该算法可以获得损伤部位坐标的显式表达式,计算速度快,功耗小,并能够对损伤区域的大小做出估计。仿真计算结果和实验结果证明该算法能够提供实时的“主动”损伤检测,同时可以准确快速地对结构中可能存在的单点损伤或者损伤比较集中的区域进行定位和粗略的量化。

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 集中检测与巡回检测系统
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