【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种基于lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测方法及装置，涉及列车安全监测。
技术介绍
1、轨道车辆等大型载运设备长期运行在复杂恶劣的环境中，各个结构一直受到高强度的荷载作用，容易产生裂纹损伤威胁列车安全。因此对结构的裂纹损伤的定位、识别和监测便成为了提高结构安全的重要话题。近年来，lamb波在结构健康监测中的应用越来越受到重视。lamb波能够对固体结构进行长距离的检测，在板结构损伤监测中显示出巨大的潜力。在基于lamb波的损伤诊断中，主要关注的是健康信号和损伤信号之间的差异，并从中提取损伤特征进行比较，从而实现损伤识别和表征。
2、在工程实际中，传统lamb波方法的诊断效果受裂纹尺寸影响较大，早期裂纹损伤尺寸较小，传统lamb波方法灵敏度低，容易发生漏检、错检现象。因此迫切需要开发一种新的方法来应用于lamb波的微裂纹监测。
3、一种潜在的方法是基于lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测方法，该方法依据非线性谐波产生条件及误差条件，构造符合条件的激励频率组合，建立非线性lamb波谐波激励模型，通过非线性特征值预估曲线，进行损伤诊断。
4、然而，基于非线性lamb波的裂纹损伤监测尚未广泛应用，激励频率的选取以及模态的选择缺乏适用性依据。面对不同结构的板材，不同激励频率的非线性lamb波有不同的灵敏度，不同的组合产生的谐波强度也不尽相同，严重影响非线性lamb波的裂纹监测效果与稳定性，无法真正应用到实际工程当中。
技术实现思路
1、本专利
2、第一方面，一种基于lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测方法，包括：
3、s1，根据预设尺寸，通过在目标结构上加工裂缝作为人工裂纹；
4、s2，根据材料特征，通过非线性谐波产生条件及误差条件，解析并构造符合所述产生条件和误差条件的激励频率组合；
5、s3，根据所述激励频率组合进行选取，建立非线性lamb波谐波激励模型；
6、s4，获取不同损伤程度板材的信号数据，构造并拟合非线性特征值预估曲线，建立损伤诊断预估模型；
7、s5，根据测试集，通过所述损伤诊断预估模型输出所述测试集的裂纹尺寸。
8、在一些实现方式中，s3中，选取条件具体包括：
9、通过模态展开分析方法，得出二阶组合谐波的解；在混合频率ω(2)＝ωa±ωb处，两个基频lamb波ua和ub混合产生的场能够用一系列的lamb波的线性组合来表示：
10、
11、其中是第m个lamb波在混合频率为ω(2)，波数为时的场函数；所述am(z)是相应的展开系数：
12、
13、在ω(2)＝ωa±ωb处，有以及时，因子sin(δmz)/δm＝z，并且第m个组合谐波模态的幅值随着z线性增加。
14、在一些实现方式中，s4中，根据符合条件的所述频率组合中，选取用于损伤诊断的频率组合，具体包括：
15、s41，将非线性特征值预估曲线中相速度与频率的关系，转化为波数和频率的关系；
16、s42，将所述波数和频率的对应数据存储于二维矩阵中，并按照从左到右激励模态依次升高排列；
17、s43，根据所述激励模态，通过xxx进行选取并列出符合组合条件的基础模态。
18、在一些实现方式中，s4还包括，s44，在所述基础模态的对应列中，从上至下依次选取频率f1，对应波数k1；
19、s45，在另一个基础模态的对应列中，从上至下依次选取频率f2，对应波数k2；
20、s46，根据计算误差值设定δm，将满足误差的频率组合输出，同时输出该频率组合对应的激励模态。
21、所述s5，具体包括：获取不同损伤程度板材的信号数据，进行时域、频域分析，提取非线性特征值。构造并拟合非线性特征值预估曲线，得到损伤诊断预估模型。将测试集输入损伤诊断预估模型，输出测试集样本的裂纹尺寸。
22、将激励lamb波信号u+表示为
23、u+＝a1 cos(kx-ωt+α)+a2 cos(2kx-2ωt+α)
24、其中α为初始相位角。将该lamb波信号相位延后π激励，即反相，记为u-，表示为
25、u-＝a1 cos(kx-ωt+α+π)+a2 cos(2kx-2ωt+α+π)
26、将两式在时域上叠加，此时基波会相互抵消，而二次谐波会得到增强。
27、u2＝u++u-
28、＝a1 cos(kx-ωt+α)
29、+a1 cos(kx-ωt+α+π)
30、+a2 cos(2kx-2ωt+α)
31、+a2 cos(2kx-2ωt+α+π)
32、＝2a2 cos(2kx-2ωt+α)
33、同样地，如果将两激励信号的时域进行相减，就会消除二次谐波，得到增强的基波。
34、u1＝u+-u-
35、＝a1 cos(kx-ωt+α)
36、+a1 cos(kx-ωt+α+π)
37、-a2 cos(2kx-2ωt+α)
38、-a2 cos(2kx-2ωt+α+π)
39、＝2a1 cos(kx-ωt+α)
40、相位反转法即分别激励原信号与反相信号，并将两组接收信号按时域相加和相减，分别得到二次谐波和基波。
41、选择的传感器为压电陶瓷片，使用集成结构健康监测扫查系统来进行lamb波信号的激励与接收。对于基频激励二次谐波，材料的二阶非线性系数从形式上能够定义为
42、
43、其中k为基频波的波数，z为传播距离。a2为二次谐波幅值，a1为基频波的幅值。参数f中的变量分别表示：波数相匹配的误差值；介质内质点振动位置；纵波相关的部分波单位矢量；横波相关的部分波单位矢量；纵波相关的部分波单位矢量；oy轴之间的夹角；横波相关的部分波单位矢量与oy轴的夹角；二阶弹性常数；三阶弹性常数。
44、考虑到参数f的表达式较难获取，且已经包含了lamb波传播过程中产生的非线性的主要信息，因此对于给定的基频波数与适当的传播距离，能够将下式作为lamb波二次谐波的非线性损伤特征值。β'增加，说明材料的非线性增加，能够认为材料的损伤程度增加。
45、
46、采用三次函数建立微裂纹诊断模型，对微裂纹长度在3mm以内的部分构造关系曲线，其形式能够表示为
47、l＝α0+α1β+α2β2+α3β3
48、第二方面，本专利技术实施例提供一种一种基于lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测装置，包括：
49、预处理模块，用于根据预设尺寸，通过在目标结构上加工裂缝作为人工裂纹；
50、频率组合模块，用于根据材料特本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于Lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3中，选取条件具体包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，S4中，根据符合条件的所述频率组合中，选取用于损伤诊断的频率组合，具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，S4还包括，S44，在所述基础模态的对应列中，从上至下依次选取频率f1，对应波数k1；
5.一种基于Lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测装置，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述组合模型模块中，选取条件具体包括：
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述预估模型模块中，根据符合条件的所述频率组合中，选取用于损伤诊断的频率组合，具体包括：
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述预估模型模块，还包括：
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现如上
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读取存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用以实现如上述权利要求1-4中任意一项所述的基于Lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3中，选取条件具体包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，s4中，根据符合条件的所述频率组合中，选取用于损伤诊断的频率组合，具体包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，s4还包括，s44，在所述基础模态的对应列中，从上至下依次选取频率f1，对应波数k1；
5.一种基于lamb波非线性谐波激励的微裂纹监测装置，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述组合模型模块中，选取条件具体包括：
7.根据权利要求6所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王龙，汪刘应，阳劲松，刘顾，王田天，谢劲松，王文豪，潘彤阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。