板类结构中lamb波与典型缺陷的交互作用研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目板类结构中Lamb波与典型缺陷的交互作用研究学科专业精密仪器及机械学号201521080202作者姓名张志勇指导教师李迅波教授分类号密级注1UDC学位论文板类结构中Lamb波与典型缺陷的交互作用研究（题名和副题名）张志勇（作者姓名）指导教师李迅波教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业精密仪器及机械提交论文日期2018.05.02论文答辩日期2018.05.16学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩

2、委员会主席评阅人ResearchonInteractionofLambWavesandTypicalDefectsinPlate-likeStructuresAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:PrecisionInstrumentsandMachineryAuthor:ZhangZhiyongSupervisor:Prof.LiXunboSchoolofMechanicalandElectricalSchool:Engineering摘要摘要飞机蒙皮、船体

3、、桥梁支撑板、压力容器等板类结构在生产制造及后期使用过程中不可避免的会产生孔洞、裂纹、分层等缺陷，这些缺陷的扩展将会造成破坏性的事故，因此对板类结构健康监测技术的研究具有重大工程价值和理论研究意义。由于Lamb波能够对板类结构进行快速、精确和大面积检测，本文采用三维有限元法，结合散射系数矩阵与人工蜂群算法，将Lamb波应用于大型板类结构健康监测研究。本文主要研究内容如下：(1)通过修改蜜源边界条件和扩大跟随蜂蜜源变化维度，本文提出了一种基于高斯超声回波模型的改进人工蜂群算法（MABC算法）。对含有高斯白噪声的单波形高斯回波信号，本文从收敛速度和最佳目标函数值两个方面对原始人工蜂群算法（A

4、BC算法）、只改进了参数维度的人工蜂群算法（DABC算法）以及MABC算法进行了参数估计性能评估，结果表明MABC算法具有更好的整体性能，随后本文将MABC算法应用于Lamb波检测信号的参数估计和模态分离研究。(2)根据弹性理论，分别建立了以铝板为代表的各向同性介质板和以碳纤维复合材料单层板为代表的各向异性介质板的Lamb波三维有限元仿真模型。鉴于Lamb波检测信号存在多模式特性和噪声干扰，本文使用MABC算法对仿真模型中采集的Lamb波检测信号进行了参数估计和模态分离，将预处理后的信号与散射系数矩阵理论相结合，对板中圆孔型典型缺陷进行了特征识别与测量研究。(3)本文分析了Lamb波在板

5、中的衰减特性，推导了Lamb波在各向同性介质板中的衰减方程。鉴于传统稀疏传感器阵列规则布置的局限性，本文提出了一种基于超声衰减系数的散射系数位移补偿算法，利用超声衰减系数将随机稀疏传感器阵列求解的散射系数补偿到以缺陷为中心的单位圆上。通过上述研究，获得了如下研究成果：首先，将改进的人工蜂群算法应用于Lamb波检测信号的参数估计和模态分离研究，实现了检测信号的预处理，为后续工作奠定了基础；然后，将改进的人工蜂群算法与散射系数矩阵理论相结合，用于研究板类结构中Lamb波与典型缺陷的交互作用，实现了缺陷特征的识别和测量；最后，利用基于超声衰减系数的散射系数位移补偿算法对Lamb波检测信号进行了

6、后处理，实现了随机传感器阵列对板中缺陷特征的检测。上述三个部分组成了一个研究板类结构中Lamb波与典型缺陷交互作用的完整方案。关键词：兰姆波，人工蜂群算法，稀疏阵列，散射系数矩阵，超声导波IABSTRACTABSTRACTAllkindsofdefects(e.g.holes,cracks,lamination,etc.)willinevitablyappearinplate-likestructuressuchasaircraftskins,hulls,bridgesupportplatesandpressurevesselsduringstructuremakingandusing.

7、Theexpansionofthesedefectswillleadtodestructiveaccidents.Therefore,theresearchonthehealthmonitoringtechnologyofplate-likestructureshasgreatvalueandtheoreticalsignificance.UsingLambwaves,wecanrealizerapid,accurateandlar