[发明专利]一种考虑裂纹方位的Lamb波损伤检测方法

说明书

本发明提供了一种考虑裂纹方位的Lamb波损伤检测方法，该方法通过设计出裂纹在铝合金板中心，压电陶瓷(PZT)传感器在以裂纹为圆心的半径上，构造出模拟不同入射裂纹角度，利用不同入射角度下PZT点对点发射接收Lamb波，分析采集到的Lamb波信号，研究了不同入射角度对于响应信号的影响，将裂纹方位角度引入传统的裂纹长度回归模型中，从而得到裂纹的长度。

技术领域

本发明涉及一种考虑裂纹方位的Lamb波损伤检测方法，属于结构健康监测技术领域。

背景技术

材料在应力或环境等因素的影响下形成裂纹，是最常见的结构损伤类型之一。裂纹会导致材料的强度和刚度降低，在某些条件下裂纹将会扩展，如果未能及时检测，将有可能导致严重的后果。无损检测能够在对受检对象不造成损害的条件下，通过物理或化学方法对被测结构的内、外部裂纹进行检测。相比于传统无损检测方法，结构健康监测能够实现在线监测和主动的检测，检测设备易于实现，能够实现广域结构检测，是一门新兴的、具有前景的技术。

利用Lamb波进行结构健康监测是这一领域的热门研究方向。结构内部的各种损伤都会使结构中传播的Lamb波信号发生散射，进而导致Lamb波的特征值发生改变。传统的检测方法是通过采集到的Lamb波响应信号进行逆向推导，从而评估损伤的位置及尺寸。然而，对于结构中裂纹的检测往往忽视了裂纹方位对于Lamb波在介质中传播的影响，这造成了对于Lamb波非垂直入射的情况下，传统方法评估出的裂纹尺寸误差很大。因此，开发一种考虑裂纹方位角度的模型用以评估裂纹尺寸是解决这类检测问题的一个可行方案。

发明内容

本发明为解决传统基于Lamb波一发一收式检测忽视裂纹方位引起的裂纹尺寸估计精度不足问题，提供了一种考虑裂纹方位角度的新模型代替传统裂纹定量估计模型。

一种考虑裂纹方位的Lamb波损伤检测方法，包括以下步骤：

1)在Abaqus中建立含裂纹铝合金板CAE模型，在铝合金板中心设置9条长度递增的裂纹；

2)采用激发器A₁～A₆在以裂纹为圆心、r为半径的圆弧上，构造出6个不同入射裂纹角度，分别是15°，30°，45°，60°，75°，90°，同样在以裂纹为圆心、r为半径的圆弧上利用接收器S₁～S₆点对点接收激发器发射的Lamb波，采集Lamb波信号，依次分别对步骤1)中的9条长度递增的裂纹进行采集，共获得54个Lamb波信号；

3)对于步骤2)得到的54个Lamb波信号，利用波速信息提取第一个到达的3.5周期的波包，并针对该接收到的波包提取最大幅值特征值及其所对应的相位，并利用无损伤的健康基准信号，将最大幅值和相位处理成归一化幅值和相位差，将特征值用趋势图进行直观体现，观察和分析角度对于响应信号的幅值和相位的影响；

4)根据步骤3)的裂纹角度对于Lamb波的影响分析，进一步做出直观的物理模型假设，Lamb波在不同角度下的斜入射等效为某个裂纹长度情况下Lamb波垂直入射，模型公式如下，

其中是在入射角为θ下的裂纹估计长度，等效的垂直入射裂纹长度，并进一步通过归一化幅值和相位差建立含有角度的回归模型如下，

其中a₁,a₁,a₂,a₃是待回归的参数，x₁是归一化幅值，x₂是相位差；