蘭姆（Lamb）波是一種在板狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)中傳播的彈性波,具有傳播距離遠(yuǎn)、對(duì)損傷敏感等特點(diǎn)。因此,Lamb波技術(shù)被認(rèn)作實(shí)現(xiàn)損傷快速檢測(cè)的有效手段。然而,Lamb波在實(shí)際應(yīng)用中仍存在諸多問(wèn)題。一方面是,Lamb波的頻散特征和多模特性使得信號(hào)處理及數(shù)據(jù)分析難度較大;另一方面,因外部環(huán)境導(dǎo)致的Lamb波傳播行為改變會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)方案失效。本文主要研究了在窄帶激勵(lì)作用下的Lamb波時(shí)域信號(hào)波包模型和信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法,以解析的形式揭示了信號(hào)中波包特征與理論頻散曲線、傳播距離間的關(guān)系,并利用其關(guān)系研究了（準(zhǔn)）各向同性板材的表面損傷定位問(wèn)題。主要研究工作包括以下幾個(gè)方面:基于Lamb波的二階頻散理論,提出了時(shí)域信號(hào)的波包模型,為全文奠定理論基礎(chǔ)。模型考慮兩種情況:初始激勵(lì)以單模態(tài)傳播和由模態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)象引起的雙模態(tài)傳播。在模型推導(dǎo)過(guò)程中,明確地給出了模型參數(shù)、傳播距離、頻散特征之間的解析關(guān)系。在時(shí)-頻域內(nèi),通過(guò)實(shí)驗(yàn)信號(hào)或（和）數(shù)值模擬信號(hào)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。利用信號(hào)波包模型,將信號(hào)處理過(guò)程中的反卷積問(wèn)題轉(zhuǎn)化為參數(shù)估計(jì)問(wèn)題。為解決參數(shù)估計(jì)問(wèn)題,提出了一種基于期望-最大化（Expectation-maximizat... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：166 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

厚度為1mm的鋁板頻散曲線，(a)相速度曲線；(b)群速度曲線

第1章緒論-7-圖1-2(a)窄帶激勵(lì)與調(diào)制脈沖信號(hào)波形；(b)窄帶激勵(lì)與調(diào)制脈沖信號(hào)頻譜。Fig.1-2(a)waveformofnarrow-bandpulseandmodulationpulse,and(b)spectrumofnarrow-bandpulseandmodulationpulse.板結(jié)構(gòu)中Lamb波頻散現(xiàn)象的解析表達(dá)是通過(guò)波數(shù)-頻厚積關(guān)系進(jìn)行描述的。對(duì)于等厚板狀結(jié)構(gòu)，波數(shù)和頻率的關(guān)系通過(guò)單個(gè)的實(shí)時(shí)信號(hào)是無(wú)法表述的。因此，一般的測(cè)量方案為單點(diǎn)激發(fā)，多點(diǎn)等距離采樣的方式，如圖1-3所示，最終生成的信號(hào)集合為：橫坐標(biāo)為時(shí)間、縱坐標(biāo)為傳播距離的信號(hào)矩陣。圖1-3波數(shù)曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)量示意圖Fig.1-3Schematicdiagramofwavenumbercurvesexperimentalmeasurement.為了得到波數(shù)-頻厚積關(guān)系，需要對(duì)矩陣進(jìn)行兩次傅里葉變換（即二維傅里葉變換）：（1）時(shí)域-頻域轉(zhuǎn)換：將單個(gè)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行一維傅里葉變換，得到橫坐標(biāo)為頻率、縱坐標(biāo)為距離的矩陣；（2）距離域-波數(shù)域轉(zhuǎn)換：對(duì)結(jié)果再次進(jìn)行傅里葉變換，得到橫坐標(biāo)為頻率、縱坐標(biāo)為波數(shù)的矩陣。采用窄帶激勵(lì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖1-4所示[54]。(b)激勵(lì)點(diǎn)：采樣點(diǎn)i=1,2,…,N：激勵(lì)點(diǎn)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-8-圖1-4頻率-波數(shù)曲線實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果[54]Fig.1-4Experimentalresultsoffrequency-wavenumber[54].借助時(shí)頻分析工具，例如短時(shí)傅里葉變換、維納分布、連續(xù)小波變換、希爾伯特-黃氏變換等[55-59]，可以得到時(shí)域信號(hào)中的頻率分布情況。當(dāng)激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的距離已知時(shí)，可以通過(guò)傳播距離和傳播時(shí)間的線性關(guān)系得到頻率-群速度的測(cè)量結(jié)果。在寬帶激勵(lì)作用下的處理如圖1-5所示[55]。圖1-5(a)寬帶激勵(lì)信號(hào)下的時(shí)域信號(hào)時(shí)-頻域結(jié)果;(b)群速度曲線[55]。Fig.1-5(a)Time-frequencyresultsoftimedomainsignalsunderbroadbandexcitationsignals,and(b)groupvelocitycurveresults[55].1.2.2結(jié)構(gòu)損傷對(duì)Lamb波散射的相關(guān)研究Lamb波的傳播介質(zhì)就是板結(jié)構(gòu)本身。結(jié)構(gòu)表面或內(nèi)部出現(xiàn)損傷時(shí)，入射的彈性波會(huì)在損傷處發(fā)生散射現(xiàn)象，散射的彈性波信號(hào)是損傷檢測(cè)應(yīng)用中所依賴的數(shù)A0A1（a）時(shí)間(s)頻率(Hz)（b）頻率(Hz)群速度(m/s)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于時(shí)間反轉(zhuǎn)法的Lamb波檢測(cè)技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 劉增華,徐慶龍,董拓燦,龔裕,何存富,吳斌.  實(shí)驗(yàn)力學(xué). 2015(02)
[2]先進(jìn)復(fù)合材料與航空航天[J]. 杜善義.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2007(01)

博士論文
[1]Lamb波損傷成像中的頻散補(bǔ)償方法研究[D]. 蔡建.南京航空航天大學(xué) 2012
[2]基于超聲相控陣原理的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D]. 孫亞杰.南京航空航天大學(xué) 2010
[3]Lamb波時(shí)間反轉(zhuǎn)方法及其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[D]. 王強(qiáng).南京航空航天大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3088212