[发明专利]一种复杂结构Lamb波群速度频域测量方法

说明书

本发明提供了一种复杂结构Lamb波群速度频域测量方法，属于Lamb波结构健康监测领域。该方法包括下列步骤：（1）在结构中布置压电片并采集结构Lamb波参考信号；（2）在结构中引入散射体并采集当前结构状态下的Lamb波传感信号；（3）根据Lamb波传感信号及其参考信号求取Lamb波散射信号；（4）从Lamb波散射信号中提取所选模式的散射波包；（5）计算Lamb波激励信号和散射波包的频谱；（6）求取Lamb波激励信号和散射波包的相位差谱；（7）由相位差谱计算得到Lamb波所选模式的群速度。本发明避免了传统时域测量方法中Lamb波频散的影响，提高了测量的准确性。

技术领域

本发明涉及一种复杂结构Lamb波群速度频域测量方法，属于Lamb波结构健康监测领域。

背景技术

结构健康监测技术对于提高工程结构安全性、降低维护费用具有重要意义。Lamb波作为薄板类结构中的一种超声导波，其传播距离远并对结构内部和表面损伤均敏感，所以广泛应用于结构健康监测中。Lamb波具有多模和频散特性。多模特性是指结构中至少存在两种Lamb波模式。按照Lamb波传播时结构质点振动相对于结构中界面是否为对称和反对称的特点，将Lamb波模式分为对称模式和反对称模式两类，而且每类模式又分为不同阶数。不同阶数的对称和反对称模式分别表示为S₀,S₁,S₂...S_n和A₀,A₁,A₂...A_n，其中n为阶数。Lamb波频散特性是指其相速度和群速度随频率变化而变化的特性。

在Lamb波结构健康监测方法的实际应用中，Lamb波的传播速度，尤其是群速度作为一种重要参数常需要测量。目前常用的群速度测量方法为时域测量方法，该方法一般需要提取Lamb波信号中直达波包的波达时间。然而，Lamb波频散容易造成信号波包发生时域扩展和变形，使Lamb波直达波包波达时间的准确提取变得困难，并最终降低群速度测量结果的准确性。Lamb波频散越严重，基于上述传统时域测量方法测得的群速度值越不准确。除此之外，实际工程结构较为复杂，边界反射严重，Lamb波传感信号中所选模式的直达波包很容易与边界反射波包发生混叠，难以提取纯净的直达波包进行该模式的群速度测量。

综述所述，复杂结构中Lamb波的群速度测量成为Lamb波工程应用中急需解决的一个实际问题。

发明内容

本发明提出了一种复杂结构Lamb波群速度频域测量方法，该方法通过频域求取Lamb波激励信号和散射波包的相位差谱，避免了传统时域测量方法中Lamb波频散的影响，提高了测量的准确性。另一方面，该方法基于Lamb波散射信号进行，而在通过比较Lamb波传感信号及其参考信号求取散射信号的过程中已大部分消除了边界反射信号，从而降低了复杂结构边界反射对群速度测量的影响。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种复杂结构Lamb波群速度频域测量方法，包括下列步骤：

(1)在结构中布置压电片并采集结构Lamb波参考信号

在结构中布置两个压电片分别作为激励和传感器，将窄带激励信号v_a(t)加载在激励上向结构中激发出Lamb波信号，并利用传感器采集结构中没有引入散射体情况下的参考信号v₀(t)；

(2)在结构中引入散射体并采集当前结构状态下的Lamb波传感信号

在结构中引入单个散射体，并利用传感器采集结构当前状态下的Lamb波传感信号v₁(t)；

(3)根据Lamb波传感信号及其参考信号求取Lamb波散射信号