结构件损伤声发射定位及其时差估计算法研究

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目前,传统的损伤检测技术如射线检测、电磁检测技术无法实现结构件整体状态的动态监测,而声发射技术是以弹性波检测为原理、具有高灵敏度的结构件无损检测技术,能够有效地感知出结构件的早期损伤及其故障。可利用多传感器的弹性波感知,与时差原理相结合,使基于声发射技术的结构件整体损伤监测技术的实现成为可能。结构件损伤源的时差定位技术是整体结构件损伤监测的关键技术之一,时差定位技术包含多传感器感知的时差算法和基于时差的定位算法。目前时差算法主要分为直接法和间接法两大类,由于采用门槛技术及区域估计技术,虽算法简单,但时差精度低;定位算法主要为区域定位法和时差定位法,受时差精度限制,仅能完成损伤源的位置估计,定位精度低。因此获取多传感器融合的高精度时差及其结构整体损伤定位的算法是在结构损伤状态监测研究中亟待解决的关键问题。本文提出了基于声发射技术的损伤响应相关区间时差估计算法和基于最小二乘的结构件损伤定位算法,能够获取精确的时差并实现整体结构损伤源定位。论文主要研究内容如下:(1)结构件损伤响应时差估计研究。设计并搭建了基于长型钢结构件的声发射试验平台,采集断铅所产生的声发射信号;分析采集到的声发射信号特点,在波形区间相关度的基础上提出了一种基于相关区间的时差估计算法,并研究了影响时差估计方法精度的因素;针对不同传感器间距下所计算出的时差结果进行误差分析,结果表明该时差算法具有较高的精度。(2)结构件损伤定位研究。设计并搭建了基于钢板结构件的声发射试验平台,采集断铅所产生的声发射信号,并测量出声发射波在该钢板结构件中的传播速度;在时差的基础上推导出了一种基于最小二乘的结构件损伤定位算法;设计结构件损伤定位实验,并针对不同断铅点下所计算出的定位结果进行误差分析,结果表明该定位算法具有较高的精度。(3)编写结构件损伤定位软件。基于MATLAB 2021a开发平台将本文所提出的基于相关区间的时差估计算法以及基于最小二乘的结构件损伤定位算法编写成软件界面。
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