Page 59 - 无损检测2021年第四期

张 华, 等:

复合材料盒段冲击损伤的成像优化

传感路径的 Lamb 波信号与基准信号相比有变化 结构中的残余应力、 温度变化等因素的影响会使得基
时, 认为这一激励 - 传感路径上可能有损伤发生; 损 准信号本身发生变化, 结构中 1-3 通道及 3-1 通道在
伤存在的概率与信号的变化成正比, 且损伤存在的 测试过程中的两组基准信号及一组损伤信号如图 2 ,
概率以激励器和传感器为焦点的椭圆状分布, 椭圆 3所示。其中, 1-3 通道两组基准信号的幅值未发生
焦点连线上损伤存在的可能性最大, 然后随着椭圆 较大的变化, 而3-1通道的两组基准信号的幅值和相
短轴的延长, 损伤存在的可能性越来越小。损伤概 位均发生了较大的变化。如果采用典型的损伤因子
率成像方法的损伤概率分布如图 1 所示。 方法容易对是否存在损伤及损伤大小产生误判。

图 1 损伤概率成像方法的损伤概率分布
之后将监测区域划分为统一大小的网格, 假设 图 2 基准信号不存在明显能量变化的通道( 1-3 通道)
监测网 络 总 共 有 N 条 激 励 - 传 感 路 径, 则 在 网 格
y
( x , ) 处损伤存在的可能性如式( 1 ) 所示。
N
y
P ( x , ) ∑ D I , i W i R i x , )] ( 1 )
[ (
y =
·
i =1
为 第i 条 激 励 - 传 感 路 径 的 损 伤 因 子;
式中: D I , i
W i R i x , )] 为第i 条激励 - 传感路径的权重分布
y
[ (
函数。
R i x , ) 为网格位置 ( x , )到第i 条激励 - 传
(
y
y
感路径的相对距离, 其可以表示为 图 3 基准信号不存在明显能量变化的通道( 3-1 通道)
需要在计算损伤因子的过程中, 综合考虑上述
(
D a , i x , ) ( y
y +D s , i x , )
(
R i x , ) -1 ( 2 ) 环境影响导致的基准信号的幅值及相位的变化。原
y =
D i
为第 i 条激励 - 传感路径的激励器和传感 先的能量损伤因子为
式中: D i
器之间的距离; D a , i x , )和 D s , i x , )分别为第 t 2 t 2
y
(
y
(
2
-
H ( t )
E DI = ∑ [ D ( t ) H ( t )] ∑ 2 ( 4 )
i 条激励 - 传感路径的成像点 ( x , )与激励器和传
y
t = t
1 t = t 1
感器之间的距离。 式中: D ( t ) 为损伤信号; H ( t ) 为健康信号。
权重分布函数 W i R i x , )]要求当相对距离 基于此能量损伤因子的方法, 未考虑环境因素
[ (
y
R i x , ) 增加时, 其值要减小且遵 循椭圆分布, 因 导致的健康信号本身存在的不稳定性。文中提出的
(
y
此 W i R i x , )] 可以表示为 方法如式( 5 ) 所示。
y
[ (
t t
y
(
R i x , ) 2 2
2
2
1- , R i x , ) ∑ [ D ( t ) H ( t )] - ∑ [ H 0 t -H ( t )]
(
-
()
y <β

[ ( y = β t = t t = t

E DI = 1 t 1
(
y ≥β
W i R i x , )]
0 , R i x , ) 2 2

( 3 ) ∑ H ( t )
t = t
1
β ( 5 )
式中: 为控制损伤指数 D I , i 影响分布区域大小的
比例参数。
()
式中: H 0 t 为对比基准健康信号。
1.2 损伤因子方法 通过将两次结构一致条件下的信号相减得出在
典型的损伤因子如互相关损伤因子 [ 5 ] 、 能量损伤 不存在损伤情况下的信号本身的能量变化。这样就
因子 [ 6 ] 等, 在计算中通过对比结构损伤前后信号的变 可以在一定程度上避免基准信号的不稳定导致的损
化来表征该通道的损伤程度。在试验现场的测试中, 伤误判。
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2021 年 第 43 卷 第 4 期

无损检测