[发明专利]一种轮廓与深度顺序辨识的复合材料分层损伤辨识方法

权利要求书

1.一种轮廓与深度顺序辨识的复合材料分层损伤辨识方法，其特征在于：实现步骤如下：

第一步：针对所要分析的复合材料结构，布置主动式压电传感器和被动式应变传感器，其中，按照阵列的方式布置kl个主动式压电传感器，在结构的传力路径上共布置n个表面应变传感器；

第二步：在结构上布置环形分布的主动式压电传感器，给定激励频率ω_c，以该频率为中心频率，形成5波峰窄带正弦激励信号u(t)，激励出兰姆波；用θ表示兰姆波的传播方向和水平方向之间的夹角，在结构完好状态下测量该兰姆波对应的波包沿各个方向的传播速度V_g(θ)；

第三步：在结构上按照矩形阵列布置共kl个压电传感器；利用第m个主动式压电传感器进行激励，m＝1,…,kl；当层合结构处于完好和损伤状态时，进行第二步中的兰姆波激励，记两种状态下其余PZT接收到的时域信号分别为RAI_q(t)和RAD_q(t)，q＝1,…,m,…,kl，从而得到由损伤引起的散射信号RA_q(t)＝RAD_q(t)-RAI_q(t)；然后，使用香农小波变换来获得该信号对应的时域能量分布ERA_q(t)；

第四步：依次扫查监测区域中的每个位置D(x,y)，并将位置D与每个压电传感器之间的距离记录为r′₁,r′₂,…,r′_kl，和，将位置D相对于每个压电传感器的方位角记录为θ₁,θ₂,…,θ_kl；然后将ERA_m(t),m＝1,……,kl进行反转，延迟和相位平移后叠加，得到合成后的信号ERS_m(x,y)；

第五步：通过使用每个PZT依次激励，并执行第四步的操作，获得与位置D相对应的像素值ERS(x,y)；

第六步：通过对监测区域中的每个离散位置进行第三、四、五步的操作，获得整个区域中的像素值矩阵ERS，将矩阵中具有最大像素值的点相对应的位置视为损伤的中心位置D_c(x_d,y_d)；

第七步：激励第m个压电传感器，m＝1,……,kl，并接收损伤引起的散射信号RA_m(t)；然后从RA_m(t)中提取直达波，计算出兰姆波从第m个压电传感器激发到接收所经过的时间ToF_m；

第八步：根据第二步测量出的V_g(θ)和第七步计算出的ToF_m，计算出对应于第m个压电传感器的边界点所处的轨迹L_bm(θ)；然后结合第六步中得到的D_c(x_d,y_d)和L_bm计算出对应于第m个压电传感器的边界点B(x_bm,y_bm)；

第九步：重复第七、八步，直到所有的压电传感器均被用于激励和接收，而后得到辨识出的边界点的集合PB＝[PB₁,PB₂,...,PB_kl]；

第十步：根据第九步的边界点集合PB，进行样条拟合，得到分层损伤轮廓的近似曲线db(j)，即分层损伤区域的近似表征；

第十一步：在第十步得到的分层损伤区域基础上，记t_d表示分层发生的深度，ε_n×1为测量得到的表面应变向量，损伤p(t_d|ε_n×1)为基于实测应变ε_n×1得到的任意分层深度t_d的后验概率；记t_d的先验概率p(t_d)为均匀分布，计算后验概率所需的似然函数为p(ε_n×1|t_d)；利用p(t_d)和p(ε_n×1|t_d)计算出p(t_d|ε_n×1)，将对应于p(t_d|ε_n×1)中最大值的t_d视为分层发生的深度位置。