压电超声相控阵结构监测方法的优化研究

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1、中图分类号：TB55论文编号：102870116-B057学科分类号：080402博士学位论文压电超声相控阵结构监测方法的优化研究研究生姓名王志凌学科、专业测试计量技术及仪器研究方向结构健康监测指导教师袁慎芳教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一六年六月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringOptimizationResearchonMonitoringMethodbasedonPiezoelectricUltra

2、sonicPhasedArrayAThesisinTestMeasurementTechnologyandInstrumentEngineeringbyWangZhilingAdvisedbyProf.YuanShenfangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyJune,2016承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

3、也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学博士学位论文摘要航空航天飞行器的快速发展使得结构健康监测日益受到重视。压电超声相控阵损伤监测成像技术是基于压电传感器密集阵列和主动Lamb波的结构健康监测方法之一，该方法不但具有对结构小损伤敏感的特性，而且还具有可灵活控制声束指向，实现结构扫查的优点，近年来是国内外学者研究的热点，本文针对压电超声相控阵结构健康

4、监测方法应用中所面临的多损伤信号混叠问题、角度盲区和伪像问题及近场监测盲区问题进行了方法的优化研究，并系统的通过实验进行了优化算法的验证研究。本文的主要研究工作包括如下几个方面：（1）针对一维线型超声相控阵在全方位损伤成像中产生的角度盲区和伪像问题，提出了一种基于十字阵和超声相控阵成像技术相结合的远场全方位损伤成像方法，该方法通过融合两个一维线型阵列延迟叠加的损伤散射信号，有效弥补单个线阵的角度盲区问题，通过叠加损伤信号能量，达到抑制伪像问题，实现了结构全方位的损伤监测。（2）针对超声相控阵在损伤监测中的近场盲区和定位精度低的问题，提出了基于三角形定位算法的近场损

5、伤监测和十字阵融合的近场全方位超声相控阵损伤成像方法，该方法可以有效地解决近场盲区和角度盲区问题，并能实现高精度的全方位损伤监测成像，方法在实验中得到了验证。（3）针对Lamb波频散特性所造成的临近多损伤难以有效识别问题，提出了基于实测波数曲线频散补偿算法的压电超声相控阵多损伤监测方法，该方法通过实际测量波数曲线进行线性化转换，对损伤散射信号进行频散补偿，实现了临近多损伤的有效定位。（4）开展了真实航空油箱碳纤维复合材料蒙皮的近场全方位超声相控阵损伤成像研究，基于本文所提出方法实现了其变厚度复合材料蒙皮损伤的有效的定位和成像。关键词：结构健康监测，压电超声相控阵，

6、频散补偿，损伤成像，航空结构本文工作获得国家杰出青年科学基金(51225502)、国家自然科学基金重点项目(50830201)、国家青年科学基金（51205189）、江苏高校优势学科建设工程资助项目、青蓝工程资助。本文工作在结构健康监测与预测研究中心和机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I基于压电超声相控阵技术的飞机结构健康监测研究AbstractStructuralhealthmonitoringisincreasinglyvaluedwiththerapiddevelopmentoftheaerospacecraft.Piezoelectricultraso

7、nicphasedarraydamagemonitoringandimagingtechnologyisoneofthestructuralhealthmonitoringmethods,whichisbasedonthepiezoelectricsensorwithdensearrayandactiveLambwave.Thismethodnotonlyhasthefeatureofbeingsensitivewithsmalldamageofstructure,butalsohastheadvantagesofcontrollingbeampointingfl

8、exibl