[发明专利]一种基于线性调频兰姆波的裂纹评价方法

说明书

本发明提供一种基于线性调频兰姆波的裂纹评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，在需要检测的板状结构材料上粘贴两个压电换能器，分别用于发射激励信号x(t)和采集兰姆波的接收信号y(t)；步骤S2，对激励信号x(t)和接收信号y(t)进行希尔伯特变换，得到解析形式z_x(t)和z_y(t)；步骤S3，进行互魏格纳分布计算，得到时频分布图；步骤S4，对时频分布图进行重排平滑处理；步骤S5，利用Crazy‑Climber算法提取脊线，然后再利用脊线连接算法得到各个兰姆波模式对应的脊线；步骤S6，根据模式分离算法将各个兰姆波模式与无用分量分离开来，得到对称性模式S₀和非对称性模式A₀；步骤S7，求出两个损伤因子DI_E和DI_ρ；步骤S8，根据损伤因子分别与裂纹长度、裂纹宽度的线形关系，得到裂纹长度和裂纹宽度。

技术领域

本发明涉及一种基于线性调频兰姆波的裂纹评价方法。

背景技术

兰姆波是一种在薄板或者管状材料中传输的横纵波叠加之后形成的波包。由于兰姆波具有衰减小且对结构变化敏感等优点，被广泛应用于材料健康监测(StructureHealth Monitoring)与无损检测(Non-Destructive Examination)领域。但是由于兰姆波具有频散与多模式这两大特性，因此使得激励信号在板状材料中传输过程中变得比较复杂。

现有的技术研究主要是通过窄带激励来保证模式的纯净度，从而达到简化波形解析过程的目的。但是这样的方法往往导致信号携带的信息量有限，且需要对此前的工作大部分通过激励窄带信号产生特定的兰姆波模式进行多次测量。在窄带激励中，使用的信号被限制在某特定频率点附近的波动信号。被激励出来的导波信号集中在工程人员所关注的特定模态上。在进行窄带激励信号设计的时候，需要考虑频率选择与窗函数调制两个问题。在利用窗函数进行窗口截取时，既要保证响应主要集中在中心频率附近，又要保证尽量获得在时域上模态分散的观测信号。在调制正弦信号时，需要对周期个数选择进行考虑。当周期个数选择太小的时候，容易发生频谱泄漏。当周期个数选择太大时，虽能保证频谱特性，但会造成在时域上的接收信号中不同模态之间乃至先后产生的模态信号之间发生混叠，反而不利于信号在时域上的分析处理。

周凯等通过在平板材料的两边界面安装超声换能器，并通过控制相位方式来控制特定的对称或者反对称模式。然而，在某些情况下，人们更加希望获得在更宽频段下的完整响应。在更宽频段带宽上获得的模态响应，可以获得了更多更完整的对于结构的观测信息，从而有助于我们从接收信号中提取出更多有价值的信息。

王勃等人则利用兰姆波的各个模式对不同的缺陷种类(裂缝，压痕，孔洞等)有不同的敏感程度的特性，通过针对各种缺陷的检测场景激励不同的兰姆波信号，进而利用线性调频信号在不同的场景下对结构探伤。但是由于线性调频信号的较大带宽以及信号长度，因此这使得兰姆波信号的频散现象比较严重，传感器接收到的信号相对复杂，从而使得后期的信号特征提取和信息转换工作变得相对复杂。

发明内容

为解决上述问题，提供一种基于线性调频兰姆波的裂纹评价方法，本发明采用了如下技术方案：