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基于HHT技术的结构损伤定位研究

作　者: 常鸣
导　师: 袁慎芳
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 主动监测技术损伤定位 Lamb 波 HHT 技术时间延迟估计复合材料
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 313次
引　用: 4次
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内容摘要

结构健康监测是当前工程界与学术界研究的一个热点问题,也是智能材料与结构研究领域的一个重要研究方向。复合材料损伤检测技术则是结构健康监测中的一个重要研究内容。本文的第一章介绍了结构健康监测技术的概念以及应用领域,并由此引出了结构健康监测中的关键环节-信号处理技术。第二章阐述了 Lamb 波主动监测技术的基本概念,探讨了 Lamb 波在结构中的传播特性及不同因素对 Lamb 波传播模式的影响;另外,还简单介绍了时间延迟估计方法及其在损伤定位中的应用。第三章研究了一种新型的信号处理技术-Hilbert Huang Transform(HHT),并编程实现了该算法。这种方法优于传统的信号处理方法(如傅立叶分析),适用于非线性,非平稳信号的分析。文章还结合数值仿真具体分析了这种方法的优缺点。最后,第四章仔细研究了基于 HHT 技术的结构损伤检测。搭建了一套复合材料板的损伤检测装置,采用 Lamb 波主动监测技术,对粘贴在复合材料表面的压电片激励主动监测信号,用 HHT 方法对接收到的传感信号进行分析。通过分析结果中信号幅值的衰减可以判定结构中有无损伤以及损伤的程度;利用 HHT方法估计时间延迟,并结合椭圆技术可以对结构中的二维损伤有较好的定位。综上,本研究采用 Lamb 波主动监测技术,利用粘贴在材料板表面的压电元件,通过选择恰当的激励信号,激励出可进行 Lamb 波分析的主动监测信号,进而对监测信号进行分析及模式处理,初步实现了二维结构的损伤定位。

全文目录

第一章绪论  11-18
  1.1 结构健康监测  11-13
    1.1.1 结构健康监测的概念  11
    1.1.2 结构健康监测的研究内容  11-12
    1.1.3 结构健康监测的应用前景  12-13
  1.2 主动监测技术  13-14
  1.3 基于压电元件的结构健康监测  14-15
    1.3.1 压电元件的工作原理  14
    1.3.2 基于压电元件的损伤检测  14-15
  1.4 结构健康监测的信号处理技术  15
  1.5 国内外研究动态  15-16
  1.6 论文工作及意义  16-18
第二章结构损伤定位的基本原理  18-26
  2.1 Lamb 波的基本理论  18-20
    2.1.1 Lamb 波概述  18-19
    2.1.2 Lamb 波传播特性  19-20
  2.2 Lamb 波激励信号  20-23
    2.2.1 激励信号  20-21
    2.2.2 激励信号参数的选取  21-23
  2.3 时间延迟估计  23-24
    2.3.1 基本概念  23
    2.3.2 时延估计的基本方法  23-24
    2.3.3 时间延迟估计的意义及其主要应用领域  24
  2.4 本章小结  24-26
第三章 HHT(Hilbert-Huang Transform)方法及其软件实现  26-42
  3.1 介绍  26
  3.2 传统信号分析方法的不足  26-29
    3.2.1 傅立叶分析  26-27
    3.2.2 短时傅立叶变换(STFT)  27-28
    3.2.3 Wigner-Ville 分布  28
    3.2.4 小波分析  28-29
  3.3 HHT 方法  29-34
    3.3.1 瞬时频率  29-30
    3.3.2 本征模式函数  30
    3.3.3 经验模式分解  30-32
    3.3.4 Hilbert 谱  32-33
    3.3.5 HHT 方法的软件实现  33-34
  3.4 HHT 方法的优越性  34-36
  3.5 HHT 仿真  36-40
  3.6 HHT 方法的不足  40
  3.7 本章小结  40-42
第四章复合材料结构的损伤定位研究  42-71
  4.1 损伤定位系统  42-46
    4.1.1 系统装置  42
    4.1.2 数据采集系统  42-45
    4.1.3 电荷放大器  45-46
  4.2 基于 HHT 技术的结构损伤检测的研究  46-70
    4.2.1 主动监测技术  46
    4.2.2 材料损伤监测试验  46-59
    4.2.3 复合材料二维损伤定位研究  59-70
      4.2.3.1 信号传播路径的分析  59
      4.2.3.2 信号传播速度  59-63
      4.2.3.3 时间延迟  63
      4.2.3.4 椭圆技术  63-65
      4.2.3.5 信号采集与处理  65-66
      4.2.3.6 复合材料板上二维损伤定位的研究  66-70
  4.3 本章小结  70-71
第五章全文工作总结及展望  71-73
  5.1 全文工作的总结  71
  5.2 存在的问题与展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
硕士期间发表的论文  78

基于HHT技术的结构损伤定位研究

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