基于对称激励Lamb波的钢板损伤识别方法

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于对称激励Lamb波的钢板损伤识别方法硕士研究生：陈泽宇指导教师：孙晓丹副教授学科、专业：土木工程论文主审人：何建教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于对称激励Lamb波的钢箱梁损伤识别方法硕士研究生：陈泽宇指导教师：孙晓丹副教授学位级别：工学硕士学科、专业：土木工程所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissert

2、ationfortheDegreeofM.EngDamageIdentificationonWeldStructuresBasedonSymmetricExcitationofLambWavesCandidate:ChenZeyuSupervisor:Prof.SunXiaodanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:CivilEngineeringDateofSubmission:01，2018DateofOralExamination:03，2018

3、University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规

4、定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）

5、：日期：年月日年月日摘要在钢箱梁结构中，钢板作为重要的结构构件之一，如果钢板发生损伤则成为了整体结构的重大隐患，为了避免不必要的经济损失与人身伤害，如何准确、有效、及时的检测出损伤是本文研究的重要课题。本文利用对称激励Lamb波检测系统分别对钢板点状损伤和裂纹损伤以及焊接钢板的裂纹损伤进行了深入研究，通过数值模拟与实验研究相结合的方法，讨论了对称激励Lamb波的检测系统对钢板以及焊接钢板损伤检测的可行性及准确性。首先，根据弹性动力学的理论知识，通过位移势函数的方法推导出了Lamb波的频散方程。同时运用二分法的数学思想，编写

6、程序利用MATLAB得出Lamb波频散方程的数值解，得到了Lamb波在2mm钢板中传播的各个模态的群速度和相速度。基于Lamb波的传播特性，从理论角度分析了对称激励与反对称激励得到单模态Lamb波的可能性，同时从压电片之间距离和边界反射两个角度探讨了压电片的优化布置。其次，根据Lamb波的传播特性，利用ABAQUS/Explict动力显示分析，对钢板模型进行建模以及仿真分析。对激励信号、仿真中网格划分和时间步的确定方法进行了说明，模拟了单模态Lamb波在完整模型和损伤模型中的传播过程与效果，并根据其传播特点，通过椭圆损伤定

7、位方法确定了钢板模型中点状损伤和裂纹损伤的位置。通过对比不同长度线性裂纹的损伤成像模拟，验证了信号传播也符合光学中的费马定理，得到了对应该PZT传感器布置下可检测的最大线性裂纹长度。同时，在钢板裂纹检测的基础上，拓展为焊接钢板的裂纹损伤检测，验证虽然波形反射增多，更加复杂，但仍然可以模拟定位出损伤位置。研究了焊缝单元的增加对接收信号与损伤检测结果的影响，得出增加焊缝单元使接收信号的非焊缝反射区能量减小，焊缝反射区能量增加的结论。并运用数据融合的方法模拟裂纹损伤，利用Matlab编程模拟得到裂纹损伤的损伤成像，结果与实际吻合

8、度较好。最后，建立了对称激励Lamb波的损伤检测实验平台。根据理论分析，在实验中采用对称激励，得到近似单模态的Lamb波回波。对回波进行分析，得到各波包成分，并通过定量分析，计算出在不同频率下，2mm钢板S0模态的群速度，与理论计算结果进行比较，吻合状况较好。利用扫频的方法，基于频散曲线的理论，确定了合