Page 68 - 无损检测2024年第十期

远东无损检测新技术论坛论文精选
2024
2024 远东无损检测新技术论坛论文精选
DOI：10.11973/wsjc240380

基于深度学习和时间反演的复合材料内扩展性

损伤重建

李长侑，周倩怡，安 康，孙 凯，龙国黔
（西北工业大学 电子信息学院，西安 710129）

摘 要：复合材料可以获得比单一材料更高的强度、刚度和耐用性，在航空航天、汽车、船舶和建筑
等领域中得到了广泛应用。然而，复合材料在制备或使用过程中，可能会产生空洞、裂缝等损伤，这些
损伤通常具有连续且不规则的形状，因此实时且准确地重建损伤的形状具有重要意义。基于复合材料
电磁逆散射成像方法分别研究了时间反演算法和深度学习中的U-Net算法在解决该问题上的效果，并
在此基础上提出了TR-Unet算法，该算法利用多个源时间反演的结果作为模型的输入来预测检测区域
的实际相对介电常数分布，进而重构出损伤的形状。然后，对该算法的应用效果进行了检验，试验结果
表明，相较于另外两种方法，TR-Unet方法在形状相似度和轮廓细节的准确性上均有显著提升。
关键词：深度学习；微波时间反演；复杂扩展性损伤
中图分类号：TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2024)10-0034-08

Extended damage reconstruction in composites based on deep learning and

time reversal algorithm

LI Changyou, ZHOU Qianyi, AN Kang, SUN Kai, LONG Guoqian
（College of Electronic Information, Northwestern Polytetchnical University, Xi’an 710129, China）
Abstract: Composites can achieve higher strength, stiffness and durability than single materials, and their excellent
mechanical properties make them widely used in aerospace, automotive, marine and construction. However, during
the preparation or use of composite materials, damages such as voids and cracks may occur, which seriously affect their
performance. These damages usually have continuous and irregular shapes in real life, so it is important to reconstruct the
shapes of these damages in real time and accurately. In this paper, the effectiveness of time reversal algorithms and the U-Net
algorithm in deep learning in solving this problem were investigated respectively based on electromagnetic inverse scattering
imaging of composite materials, and based on this, the TR-Unet algorithm was proposed, which utilized the results of
multiple source time inversions as inputs to the model to predict the actual relative permittivity distribution of the detected
region, and then reconstructed the shape of the damage. The experimental results showed that the TR-Unet method showed
significant improvement in both shape similarity and accuracy of contour details compared to the other two methods.
Key words: deep learning; microwave time reversal; complex extended damage

复合材料是通过专业的工艺将两种或两种以上 组合而成，既能继承各组成材料的优点，又能实现它
具有完全不同机械性能、热学性能和电性能的材料 们之间性能的互补，进而具有更优的性能。目前，复
合材料已在航空航天、建筑以及汽车电子等行业广

[1]
收稿日期：2024-08-14 泛应用 。
基金项目：国家自然科学基金面上项目（62171376） 然而，复合材料在制备或使用过程中，材料内部
作者简介：李长侑（1986—），男，博士，副教授，主要研究方向为
可能会产生空洞、裂缝或者脱黏等损伤，这些损伤会
电磁场与微波技术
通信作者：李长侑，changyou.li@nwpu.edu.cn 破坏材料结构的整体性，进而严重影响材料的力学
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2024 年 第 46 卷 第 10 期
无损检测