基于互相关函数幅值向量和小波变换的复合材料结构损伤检测

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1、振动与冲击第27卷第11期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK基于互相关函数幅值向量和小波变换的复合材料结构损伤检测杨智春，党晓娟，谭光辉(西jE工业大学航空学院，西安710072)摘要：提出了一种基于互相关函数幅值向量(Crosscorrelationfunctionamplitudevector，CorV)和连续小波变换(continuouswavelettransform，CWT)联合检测损伤的方法。选取双正交小波函数，首先计算随机激励下完好结构和损伤结构的互相关函数幅值向量，再分别对其进行连续小波变换，根据损伤前后小波系数的变化来检测结构的损伤，并以

2、小波系数差的模最大值作为损伤指标来进行损伤定位。该方法无需对结构建模，仅需获取结构损伤前后的时域响应信号。通过对带有不同位置分层损伤的复合材料层合梁和层合板损伤检测的数值仿真，验证了用该方法检测复合材料结构分层损伤的有效性。关键词：互相关函数幅值向量；小波变换；损伤检测；复合材料结构；分层损伤中图分类号：TB122文献标识码：A传统傅里叶变换将时域或空间域信号变换到频域进行建模，仿真得到大量学习样本(如神经网络方法问的过程中，时域或空间信息丢失了，这样就不能确定事题)。件发生的时间和地点11。为了弥补这个不足，人们提复合材料结构特别是复合材料层合结构，由于其出了一种固定窗的

3、时间．频率分析方法即短时傅里叶变抗低速冲击能力较差，经常出现分层、基体开裂等损换(STFT)，而测不准原理决定了这种方法不可能在时伤，复合材料结构出现微小的分层损伤后，直接从其固间和频率两个空间同时以任意精度逼近被测信号。小有特性(频率和振型)上难以分辨。本文根据互相关函波分析是一种更加灵活的具有大小可变的窗的信号分数幅值向量方法和连续小波变换方法的特点，提出一析方法，由于它可以在多分辨率下对信号进行分解，因种用于复合材料结构分层损伤检测的杂交方法。用该而被称为“数学显微镜”_2J，并越来越多地被用于众多方法对实际结构进行损伤检测时，不需要对结构进行领域的信号分析和处理。结

4、构损伤检测的损伤特征信建模，也不需要结构的模态特性，只需要测试得到结构息提取就是一个成功的应用叫。一系列分布测点的时域振动响应。首先阐述了基于互基于互相关函数幅值向量(Crosscorrelationfunc—相关函数幅值向量和连续小波变换的杂交方法检测结tionamplitudevector，CorV)的结构损伤检测方法，只需构损伤的原理，随后通过对一个复合材料层合梁和层结构受环境随机激励的时域响应信号，无需建模和进合板的分层损伤检测的数值仿真，验证了该方法的有行模态测试，适用于在线监测，更符合结构健康监测的效性概念l5J。文献[6]通过数值模拟和实验，对悬臂梁和四边固支

5、板的一阶振型分别进行一维连续小波变换和二1杂交损伤检测方法的原理及步骤维离散小波变换，实现了损伤的准确定位。文献[7]对1．1互相关函数幅值向量结构损伤前后的曲率模态分别进行小波变换，利用小对于一个随机振动的结构，如果同时得到其n个波系数的变化作为指标，可以检测出结构的损伤，但这测点的响应信号，则某测点的响应(t)与所有测点些方法都需要首先出识别结构的固有振型。此外，也响应(t)(f=1，2，3，⋯，凡)之间的互相关函数可以将小波变换和其它信号分析方法如EMD方法、神R(丁)为：经网络方法等结合起来进行损伤检测J。这些组合1r方法都可以较准确地对金属梁、板或复合材料结构的R

6、kt(r)寺J0(￡)(+)d￡(1)裂纹损伤进行检测，但仍存在一些没有很好解决的基其中为测量信号的时间长度，设()在=处有本问题(如EMD分解中的虚假IMF)或者需要对结构最大绝对值，并记r=R(r)，将所有的r组成一个向量，定义这个向量为以k点为参考点的互相关函数幅基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(20060699001)，教育部新值向量，记为CorVk：世纪优秀人才支持计划(NCET一04—0965)、航空科学基金(04153072)Cot={1r⋯r}(2)资助课题。收稿13期：2007一I2—24修改稿收到日期：2008—04—03在外激励的频谱一定时，C

7、or中的各分量r具有固定第一作者杨智春男，博士，教授，博导，1964年2月生的比例关系，即Cor具有固定的形态’⋯。振动与冲击2008年第27卷1．2连续小波变换(ContinuousWaveletTransform，视为一种“广义模态”，即虽然它是用结构各测点的振CWT)动时域响应求得，但反映的却是结构振动沿空间分布小波是一种在有限的区域内迅速衰减到零的函的信息，所以对其进行连续小波变换，可以根据小波系数，可以是时间或空间的甬数，本文只考虑空间域作独数的变化来发现这种“广义模态”发生突变的位置。立变量。满足条件：