多层绞线结构损伤阵列超声导波螺旋聚焦成像检测技术

本书针对多层绞线结构 损伤检测困难的问题，提出 了多层绞线结构损伤阵列超 声导波螺旋聚焦成像检测的 新方法。主要体现在：提出 基于扭曲坐标系的半解析有 限元法，实现复杂多层螺旋 耦合结构的超声导波频散曲 线求解，并分析包覆区承力 索结构中的超声导波传播特 性，建立多层绞线结构损伤 超声导波检测机制；提出一 种基于全矩阵捕获的阵列超 声导波螺旋聚焦新方法，实 现多层绞线内层损伤微弱信 号的增强；提出一种基于频 散字典的螺旋聚焦损伤信号 交叉稀疏表示识别方法，降 低交叉稀疏表示的稀疏度， 同时提升了损伤信号识别率 ，实现损伤信号的识别与提 取；研制了面向多层绞线结 构的系列阵列超声导波传感 器。

洪晓斌，男，现任机械与汽车工程学院副院长，同时兼任全国高校机械工程测试技术研究会中南区副理事长、中国仪器仪表学会测量与控制专业委员会常务理事、广东省智能无人船与系统工程技术研究中心主任、广东省无损检测分会秘书长、广东省无损检测技术标准委员会副秘书长等。近年来主持包括国家重点研发计划课题、广东省杰出青年基金、国家自然科学基金、广东省重点研发项目、广东省自然科学基金、国家中小型企业创新基金项目、粤港关键领域重点项目、省部产学研项目、教育部博士点新教师基金、广州市重大科技项目等纵向项目20多项及企业委托横向项目10多项；发表SCI、EI收录学术论文50多篇；获授权发明专利32项（第一发明人授权发明专利22项）、计算机软件著作权8项；发布标准5项，编著教材1部、参与专著1部。近年来相关科研成果已获2020年中国专利优秀奖1项、2018年广东省科技进步奖1项、2018年中国仪器仪表学会科技进步奖1项、2015年中国仪器仪表学会科技创新奖1项等。长期从事现代检测技术及相关测控装备研究工作，目前主要致力于无损检测技术装备及网络化测控系统研发方面的研究，主要研究方向有：（1）无损检测技术与装备；（2）基于人工智能的无人化测控技术与应用。

第1章 绞线结构阵列超声导波检测方法概述 1.1 多层绞线结构介绍 1.2 阵列超声导波检测概念 1.2.1 超声导波定义 1.2.2 群速度和相速度 1.2.3 阵列超声导波 1.3 绞线结构阵列超声导波成像检测基础 1.3.1 单向阵列超声导波成像法 1.3.2 全向阵列超声导波成像法 1.3.3 时间反演阵列超声导波成像法 1.4 绞线结构超声导波无损检测成像国内外研究现状 1.4.1 绞线结构无损检测方法研究现状 1.4.2 超声导波特性求解方法研究现状 1.4.3 阵列超声导波信号分析方法研究现状 1.4.4 阵列超声导波聚焦成像方法研究现状 第2章 多层绞线结构超声导波传播特性研究 2.1 多层螺旋耦合结构超声导波频散曲线的半解析有限元求解方法 2.1.1 基于直角坐标系的直杆超声导波频散曲线求解方法 2.1.2 基于螺旋坐标系的螺旋曲杆超声导波频散曲线求解方法 2.1.3 基于扭曲坐标系的螺旋耦合杆结构超声导波求解方法 2.2 螺旋耦合结构中的导波传播特性影响因素分析 2.2.1 螺旋结构对单杆结构导波传播影响分析 2.2.2 接触耦合作用对耦合杆结构中的导波传播影响分析 2.2.3 螺旋耦合杆结构中的导波传播特性分析 2.3 绞线结构中的超声导波传播特性分析 2.3.1 双层绞线结构中的导波传播特性 2.3.2 多层绞线结构中的导波传播特性 2.3.3 包覆结构对绞线中的超声导波传播影响 2.4 本章小结 第3章 压电阵列超声导波传感器设计 3.1 压电传感器设计基础 3.1.1 敏感元件选择 3.1.2 声学匹配 3.2 针状式阵列超声导波传感器研制 3.2.1 针状式传感器结构设计 3.2.2 针状式传感器仿真分析 3.2.3 针状式传感器测试 3.3 气压紧式阵列超声导波传感器研制 3.3.1 气压紧式阵列超声导波传感器结构设计 3.3.2 气压紧式模块仿真分析 3.3.3 气压紧式阵列超声导波传感器测试 3.4 环孔式阵列超声导波传感器研制 3.4.1 环孔式传感器结构设计 3.4.2 环孔式传感器探头模块仿真分析 3.4.3 环孔式传感器测试 3.5 本章小结 第4章 阵列超声导波螺旋聚焦增强机制研究 4.1 螺旋耦合结构中阵列超声导波路程差分析 4.1.1 耦合杆直径对波传播路程差的影响分析 4.1.2 相邻层螺旋杆目标点之间的超声导波多路径分析 4.1.3 螺旋结构内层目标点与超声导波阵列间路程差分析 4.2 基于全矩阵捕获的阵列超声导波螺旋聚焦增强方法 4.2.1 多层绞线阵列超声导波信号全矩阵捕获 4.2.2 全矩阵捕获数据螺旋聚焦增强实现 4.3 多层绞线阵列超声导波螺旋聚焦增强仿真分析 4.3.1 阵列超声导波激励信号螺旋聚焦增强性能分析 4.3.2 内层单线损伤信号螺旋聚焦增强分析 4.4 多层绞线阵列超声导波螺旋聚焦增强实验 4.4.1 绞线检测实验平台 4.4.2 内层全损伤信号增强 4.4.3 内层单线损伤信号增强 4.5 本章小结 第5章 多层绞线结构超声导波损伤识别方法 5.1 基于交叉稀疏表示的超声导波损伤信号识别方法 5.1.1 绞线结构中超声导波信号稀疏性分析 5.1.2 基于稳态相位法的承力索频散字典设计 5.1.3 损伤信号交叉稀疏分解算法 5.2 多层绞线结构损伤信号识别仿真分析 5.2.1 最外层损伤仿真分析 5.2.2 内层全损伤仿真分析 5.2.3 内层单线损伤仿真分析 5.3 多层绞线结构损伤信号识别实验 5.3.1 最外层损伤信号识别 5.3.2 内层全损伤信号识别 5.3.3 内层单线损伤信号识别 5.4 本章小结 第6章 多层绞线结构时间反演损伤成像检测方法 6.1 基于虚拟合成的时间聚焦TRM检测方法 6.1.1 虚拟合成时间聚焦检测方法 6.1.2 双层绞线损伤成像检测实验 6.2 多层绞线结构虚拟双向时间反演成像方法 6.2.1 虚拟双向时间反演成像机理 6.2.2 多层绞线结构损伤成像实现 6.3 基于双向时间反演的多层绞线结构损伤成像检测 6.3.1 最外层单线损伤成像 6.3.2 内层全损伤成像 6.3.3 内层单线损伤成像 6.4 本章小结 参考文献