基于Lamb波与HHT分析的复合材料结构的主动监测技术研究

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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。复合材料结构损伤识别技术是结构健康监测中的一个重要研究内容。本文将Lamb波与HHT技术结合起来,用于复合材料结构的损伤识别。本文首先从理论上分析Lamb波的多模式和频散现象,在理论基础上结合实验在传播模式、中心频率、信号幅值、波峰数等几个方面对Lamb波进行优化。其次,介绍了HHT时频分析方法,包括理论分析与算法的Matlab编程。其中从瞬时频率求解、经验模式分解和Hilbert谱绘制几个方面分析了HHT,同时提出了经验模式分解过程中边缘处理和固有模态准则确定中存在的问题,并给出了解决方法,改善了HHT的分析效果。再次,研究几种数字滤波器的工作原理和滤波器的分类,重点介绍了巴特沃斯滤波器、切比雪夫I型滤波器、切比雪夫II型滤波器以及椭圆滤波器这四种IIR数字滤波器的特性,然后针对这四种数字滤波器介绍了他们在Matlab中的设计实现过程。最后,结合以上理论进行了复合材料结构损伤识别实验和分析。研究四种损伤定位方法的原理,即:基于极值理论的损伤定位方法、基于椭圆技术的损伤定位方法、基于四点圆弧定位法的损伤定位方法、基于神经网络技术的损伤定位方法。并且针对每种损伤定位方法选择有效的描述结构损伤的特征参数,利用四种不同的方法对结构进行损伤定位和损伤程度的识别,通过实验证明,这四种损伤识别方法均能有效准确的识别出损伤位置和损伤程度。综上,本文采用Lamb波主动监测技术,选择合适的激励信号,利用粘贴在复合材料结构表面上的压电元件,在复合材料结构中激发出lamb波并接收传感信号,利用HHT方法分析经过滤波后的传感信号,提取出表示损伤的特征参数,运用不同的损伤识别方法实现对复合材料结构的损伤定位和损伤程度的识别。
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