文档介绍：白噪声激励下的复合材料层合结构损伤检测的内积向量法
王乐,杨智春,王慧,党晓娟,丁燕
(西北工业大学航空学院,陕西西安,710072)
摘要:利用白噪声激励下结构各测点的动力学响应之间的互相关函数,引入了内积向量
(Inner Product Vector,IPV)的概念,提出了应用内积向量进行结构损伤检测的方法,并分
析了测试噪声对基于内积向量的损伤检测方法的影响。通过对复合材料层合梁的分层损伤检
测仿真算例,验证了该方法检测损伤的有效性以及较高的抗噪能力。
关键词:内积向量,互相关函数,损伤检测,测试噪声,分层损伤
中图分类号:TB123 文献标识码:A
1 引言
近年来,在结构健康监测及损伤检测领域,基于振动测试的结构损伤检测方法越来越受
到关注[1-3]。结构的局部损伤会导致结构局部物理参数(如质量、刚度)的改变,进而引起
结构模态参数(如频率、阻尼、振型)的变化,同时也体现在结构动力学响应的变化上,因
此基于振动的结构损伤检测方法的机理就是根据结构模态参数或者动力学响应的变化来识
别结构物理参数的变化。
根据损伤检测是否需要建立结构的动力学有限元模型,可以将基于振动的结构损伤检测
方法分为基于模型的损伤检测方法(model-based damage detection method)及不基于模型的
损伤检测方法(non-model-based damage detection method)。基于模型的损伤检测方法需要建
立准确的结构动力学有限元模型,在此模型的基础上进行损伤检测,如基于有限元模型修正
的损伤检测方法[4],以及各种基于完好结构有限元模型的损伤检测方法[5,6]。不基于模型的
损伤检测方法不需要建立结构的动力学有限元模型,而是对真实结构的动力学响应进行相关
处理并提取损伤特征量,以达到损伤检测的目的,因此其计算量一般较小,且容易实现在线
损伤检测。在不基于模型的损伤检测方法中,最常用的一类就是从响应信号中提取出结构的
固有频率及模态振型,并以此为基础进行损伤识别,如振型曲率法、柔度法、柔度曲率法以
及应变能法等[7]。然而模态振型的识别往往需要较大的工作量,且模态振型的识别精度严重
影响这类方法的检测效果,而直接对响应信号进行相关处理的方法更能体现不基于模型的损
伤检测方法的优点。Worden[8]利用Mahalanobis平方距离,提出了基于离群值分析(Outlier
Analysis)的损伤检测方法,并将其应用到了真实机翼的损伤检测之中[9]。Yang等[10]利用结
构在一定带宽的稳态随机激励下的动力学响应的互相关函数,提出基于互相关函数幅值向量
(Cross Correlation Function Amplitude Vector,CorV)的损伤检测方法,利用四边固支板和
四层楼房基准模型的仿真损伤检测算例验证了该方法的有效性,并将这种方法应用到了飞机
壁板模型的紧固件松动损伤的检测中,说明了该方法可以准确的对损伤进行定位[11]。
基于CorV的结构损伤检测方法[10,11]说明了在一定带宽的随机激励下,结构动力学响应
的互相关函数与结构的模态参数有关,模态识别的自然激励法(NExT)[12,13]说明了在白噪
声激