[发明专利]一种准确性高的复合材料结构损伤监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料结构损伤监测技术领域，具体是一种准确性高的复合材料结构损伤监测方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保留了原组分材料的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。伴随着科学技术的进步，复合材料在各个技术领域的应用也越来越广泛，如航空航天技术领域，美国军机中复合材料的比重从F-15E的2%提高到F-35/CV舰载型的35.2%。欧洲台风战机的复合材料用量为40%。对于商用飞机，美国波音公司B777的复合材料用量为11%，而B787的复合材料则达到整个飞机结构重量的50%。欧洲空客公司A320的复合材料用量仅占10%，A38O增大到23%，而最新的A350W则提升为52%。而且，飞机中的许多复合材料结构面积较大，如台风战机的复合材料机翼、B787中的复合材料机身、A38O中的复合材料中央翼盒等。

复合材料的优点不言而喻，但复合材料在加工和使用过程中不可避免的会产生损伤，因而有必要对复合材料结构进行实时的结构健康监测。目前，常采用基于压电传感器和兰姆波的损伤监测方法对复合材料结构进行大面积损伤监测。复合材料的结构损伤类型多，损伤信号常常是多种损伤的混合信号，目前缺乏有效的混合信号分离方法，影响监测结果的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准确性高的复合材料结构损伤监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种准确性高的复合材料结构损伤监测方法，包括以下步骤：

步骤101：在被测复合材料结构中均匀布置多个压电传感器，以形成压电传感器网络；

步骤102：在传感器网络中选取多个用于对被测复合材料结构进行撞击监测的压力传感器，作为撞击监测压力传感器；

步骤103：当被测复合材料结构发生撞击事件时，利用信号采集器同步采集撞击监测压电传感器的撞击响应信号；

步骤104：根据撞击响应信号进行撞击监测，获得撞击事件参数；

步骤105：根据撞击事件参数确定损伤监测区域；

步骤106：根据探伤检测区域的范围，从压电传感器网络中选取相应的压电传感器作为损伤监测压电传感器，并制定相应的扫查策略；

步骤107：按照扫查策略，利用信号发生器通过损伤监测压电传感器向所述损伤监测区域激发兰姆波检测信号；

步骤108：利用信号采集器通过损伤监测压电传感器采集对应的兰姆波传感信号，对获得的兰姆波传感信号进行模数转换，获得接收波形信号；

步骤109：对所述接收波形信号进行预处理，获得预处理后的数据矩阵；

步骤110：对预处理后的数据矩阵进行稀疏盲源分离，获得分离后信号；

步骤111：对分离后的信号进行小波消噪处理，获得消噪后的分离信号；

步骤112：分析消噪后的分离信号的时频特性，并将该分离信号的时频特性与已知的各种损伤类型及损伤程度的接收信号的时频特性进行比较，以确定该分离信号所对应的损伤类型及损伤程度。

作为本发明进一步的方案：步骤109包括以下步骤：对所述接收波形信号进行低频载荷信号滤除处理，得到无载荷接收信号；对所述无载荷接收信号进行有效的接收数据段截取处理，得到有效接收信号；对所述有效接收信号进行中心化处理，得到中心化接收信号；对所述中心化接收信号进行预白化处理，得到所述预处理后的数据矩阵。

作为本发明再进一步的方案：步骤110包括以下步骤：对所述预处理后的数据矩阵进行稀疏表示，得到稀疏混合信号；对所述稀疏混合信号进行混合矩阵估计，得到稀疏混合矩阵；对所述稀疏混合信号和稀疏混合矩阵进行L₁范数最小化处理，得到稀疏源信号；对所述稀疏源信号进行信号重构，得到所述分离后的信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明复合材料结构损伤监测方法仅对复合材料结构中与撞击事件关联的损伤监测区域进行损伤监测，而无需利用整个压电传感器网络对其覆盖的整个被测复合材料结构进行损伤监测，使得损伤监测的压电传感器的轮询次数极大减小，减小了需要采集并处理的兰姆波传感信号的数量，有效提高了损伤监测效率；

2、本发明复合材料结构损伤监测方法可以对复合材料结构上同时出现的多个不同类损伤信号进行分离，适用于实际构件，并能更准确的对复合材料结构损伤状态作出评估，准确性高；