[发明专利]一种基于主动Lamb波声发射的结构表面缺陷探测方法

说明书

本发明属于工程结构健康监测技术领域，具体涉及一种基于主动Lamb波声发射的结构表面缺陷探测方法。本发明基于导波的能量变化规律提出了一个表面缺陷探测的非线性指标η，该指标基于Lamb波的非线性特征，可用于探测小于其激励波波长的损伤，且该指标的计算并不依赖于高次谐波的激发与提取，具备很好的工程应用性及稳定性。本发明能够对构件中的表面缺陷进行探测，并能够表征表面缺陷的深度信息；当监测路径上存在表面损伤时，损伤指标η的值发生了明显增加，并且与无损路径上的指标区分明显，且随着损伤深度的加深，损伤指标η的值会随之增大，能够有效反应表面损伤的深度信息。

技术领域

本发明属于工程结构健康监测技术领域，具体涉及一种基于主动Lamb波声发射的结构表面缺陷探测方法。

背景技术

基于超声导波的无损检测技术可对结构中的损伤进行识别与监测，以跟踪和评估结构事故和异常。该技术可以监测隐藏结构、涂层结构、水下结构或土壤结构以及密封在密封层和混凝土中的结构，如铁路轨道、管道甚至飞机外壳等。在薄壁结构中，这种技术也被称为基于主动Lamb波的声发射监测方法。该方法的理论基础是Lamb波在波导中的传播机制。因此，常通过一个或多个激发器来施加激励信号激活薄壁结构中的导波，使其在结构自由表面传播。通过布置在结构不同位置的接收传感器来记录导波幅值和模态的变化。损伤的存在会改变导波模态与传播轨迹，因此通过比较回波信号与激励点的原始信号，可对损伤进行探测及定位。

近年来，许多基于主动Lamb波声发射技术的损伤探测方法被建立。这些方法根据提取特征的差异，可分为基于Lamb波线性特征或非线性特征的损伤探测方法。然而，基于Lamb波线性特征的检测方法常被局限在探测与波长相同量级的损伤上，因为小尺度的损伤并不会导致超声波的线性特征发生明显的变化，因此这种方法在探测微小裂纹方面效率低下。基于Lamb波非线性特征的损伤探测方法对小尺度的损伤更为敏感，但是这种方法大多数都基于导波高次谐波的激发现象来提取与损伤相关的非线性信息，在实际应用过程中会碰到阻碍，因为由损伤反射产生的高次谐波信号源能量较弱，除非进行复杂的信号处理，否则想要在众多低频信号和干扰信号中准确分离并提取出高次谐波存在一定的难度。此外，无论是线性声学还是非线性声学，目前的研究大部分都致力于贯穿型损伤例如孔洞的探测，针对结构表面缺陷探测以及损伤程度表征的研究相对较少。许多贯穿型损伤都是由表面缺陷发展而来的，如能在损伤发展初期即表面缺陷时期成功探测出损伤，然后及时进行构件的维修与更换，将会具有极大的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于主动Lamb波声发射的结构表面缺陷探测方法。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：包括以下步骤：

步骤1：取待检测结构的无表面缺陷的试样，在其表面布置一组激励器和接收器；

步骤2：获取试样在无表面缺陷时，接收器接收到的由激励器产生的离散Lamb波信号r_n＝r(nΔt)，n＝0,1,...,N-1，N为采样点总数；Δt为采样间隔；

步骤3：在试样上构造不同深度的表面缺陷，表面缺陷位于激励器与接收器之间，计算损伤指标η，并绘制损伤深度d-损伤指标η曲线；

所述的损伤指标η的计算方法为：

步骤3.1：获取接收器接收到的由激励器产生的离散Lamb波信号x_n＝x(nΔt)；

步骤3.2：对信号x_n进行离散傅里叶变换，得到X_k；

步骤3.3：对X_k进行重组，得到Z_k；

步骤3.4：对Z_k进行离散傅里叶变换的逆变换，得到z_n；