结构的无损检测，以识别可能发生的隐藏缺陷，在其运行过程中，由于突然的冲击或疲劳载荷下的连续累积缺陷，一直是巨大的工业利益。这些缺陷对结构的可靠性是一个真正的威胁，因为它们可以迅速增长，导致整个系统的灾难性故障。因此，为了确定结构缺陷的位置和尺寸，已经进行了大量的工作，这对进一步研究损伤结构的剩余寿命或剩余强度是至关重要的。这项工作总是与无损技术的发展并行进行的[gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba］．正在努力寻找此任务最可靠的NDE方法。gydF4y2Ba

点扫描无损检测，如超声波，提供试样的诊断图像，详细地突出损伤[gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba］．然而，在两个尺寸中扫描样品的需要使超声检查进行耗时的过程。gydF4y2Ba

即使在具有高衰减比的材料(如CF/EP复合材料)中，兰姆波也具有良好的传播能力，并且对结构损伤非常敏感，因此，兰姆波最近被研究为建立新型NDE工具的一种手段[gydF4y2Ba 3.gydF4y2Ba］．当促动器产生兰姆波并与损伤发生碰撞时，会发生四面八方的散射。这种由传感器收集的散射波可以用来研究损伤。这样，兰姆波可以对试件进行区域扫描检测，可以作为点扫描无损检测的补充方法，最大限度地缩短检测时间。gydF4y2Ba

1917年首次由Lamb理论上描述羊羔波[gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba］．它们指的是在固体板中产生的弹性波，其具有自由界限，位移对应于不同的基本传播模式：对称和反对称。霍勒斯兰斯湖理论较长，关于羊波的存在，这是第一次Firestone和Ling 1951成功地在实验生成板中的羊波[gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba］．如今，可以用各种方法诸如超声波探头与角度可调的Perspex楔子进行主动生成并收集羊光波[gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba];Hertzian联系传感器[gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba];激光超声(LBU)产生兰姆波和激光干涉仪采集兰姆波[gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba];压电引线锆钛酸钛酸盐（PZT）元素[gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba];和数字间换能器，如聚偏氟乙烯(PVDF)压电聚合物膜[gydF4y2Ba 10.gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

Worlton [gydF4y2Ba 11.gydF4y2Ba]是第一个证明NDT中羊波的几种应用。他已经说明了羊波的能力，以识别靠近水中浸没在水中的金属表面的许多类型的缺陷。后来在Lehfeldt和Höller[gydF4y2Ba 12.gydF4y2Ba]利用大面积探头和长声脉冲实验在16毫米厚的热轧钢板上产生兰姆波。他们研究了不同的兰姆模态在板边缘的反射，用于厚板层合检测。迪特里等人[gydF4y2Ba 13.gydF4y2Ba[研究了不同的羊波模式（对称和反对称）的板内的能量分布，并试图预测模式是否对给定深度的裂缝敏感。Ghosh等人。［gydF4y2Ba 14.gydF4y2Ba研究了兰姆波在大板中的传播及其在内部缺陷识别中的应用。他们确定了兰姆模式，这是最有效的检测不同类型的内部缺陷。Silva等人[gydF4y2Ba 15.gydF4y2Ba研究了基于激光的非接触超声技术在飞机铝结构中的隐藏腐蚀检测。他们通过记录涂层的损失来确定是否存在背表面腐蚀gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 接近截止频率的模式。gydF4y2Ba

Wilcox等人。［gydF4y2Ba 16.gydF4y2Ba[发展了一种快速预测色散波包传播速度的方法。结果表明，波包的持续时间随传播距离的增加而线性增加。Pruell等人[gydF4y2Ba 17.gydF4y2Ba[发展了一种用非线性导波表征金属板疲劳损伤的实验方法。在这项研究中，他们已经表明兰姆波可以使用建立的高谐波产生技术来定量评估塑性驱动疲劳损伤。gydF4y2Ba

在本研究中，开发了一种基于羊波的区域扫描非破坏性方法，其可用作用于点扫描方法的互补方法，例如超声波测试。用一些相同的尺寸区域分配试验片表面，通过为每个区域定义损坏存在概率指数（DPPI）来评估每个区域的损伤概率存在。具有最高DPPI值的区域突出了测试件中最可能的损坏位置。然后，一旦发现这些区域详细识别损伤，就可以使用点扫描非破坏性方法。通过预测包括厚度孔和铝板中的裂缝，通过预测代表性损坏的最可能位置和铝板的裂缝来验证该方法。gydF4y2Ba

当兰姆波入射到损伤或结构边界时，就会发生波散射。因此，捕获的信号在时域上可以由三个部分组成，分别是直接来自驱动器的波、损伤散射波和来自结构边界的反射波。损伤散射波可以用来研究损伤，通常是通过将当前信号与基线进行比较得到的。然而，这种过程很容易受到环境和操作变化的影响，特别是当信号通过移动传感器采集时。为了克服这一困难，本研究提出了一种无基线的方法。因此，传感器放置在非常接近驱动器的传感器设置，以捕捉从损伤反射回来的波。这样，执行器和传感器之间的距离很短，直接来自执行器的波只传播了很短的时间，几乎出现在捕获信号的最开始，如图所示gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba．结构的表面与半径的相同尺寸的全圆区域被隔开gydF4y2Ba rgydF4y2Ba （区域可以互相覆盖），如图所示gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba．圆形区域的大小取决于所需的准确性。选择较小的区域会导致更高的准确性，但增加了NDE过程的时间。由于换能器组可以容易地在结构上移动，因此可以放置在这种圆形区域的中心，以检查每个区域的损坏概率。为此，对于每个区域，时间窗口的当前信号gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba ［gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba tgydF4y2Ba fgydF4y2Ba ］gydF4y2Ba （在哪里gydF4y2Ba tgydF4y2Ba fgydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba （gydF4y2Ba rgydF4y2Ba /gydF4y2Ba cgydF4y2Ba ggydF4y2Ba ）gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba cgydF4y2Ba ggydF4y2Ba 为所选模态速度)。这种信号不包括边界反射。在没有损坏的区域捕获的信号只包括直接来自驱动器的波(见图)gydF4y2Ba 3(一个)gydF4y2Ba)，而，如图所示gydF4y2Ba 3 (b)gydF4y2Ba，在受损区域捕捉到的声波除了来自驱动器的直接声波外，还包括受损散射波。可见，损伤区域采集到的信号能量高于未损伤区域采集到的信号能量。由于损伤越严重，损伤散射越强，因此损伤越严重的区域采集到的信号能量要高于没有损伤或微小损伤的区域。因此，可以根据在该区域捕获的电流信号的能量为每个区域引入损伤概率存在指数(DPPI)。由于信号的均方根(RMS)与信号的能量有关，因此可以将DPPI引入为电流响应的均方根，如下所示:gydF4y2Ba （1）gydF4y2Ba DPPIgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba rms.gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba -gydF4y2Ba 闵gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba rms.gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba rms.gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba ．..gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba rms.gydF4y2Ba fgydF4y2Ba NgydF4y2Ba ，gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba DPPIgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 是否该区域的损害概率存在指数gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba NgydF4y2Ba 是捕获信号的数量，和gydF4y2Ba rms.gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 是信号的均方根吗gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 在该地区获得gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 可以计算如下：gydF4y2Ba （2）gydF4y2Ba rms.gydF4y2Ba fgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba σ.gydF4y2Ba kgydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba zgydF4y2Ba DgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba kgydF4y2Ba tgydF4y2Ba fgydF4y2Ba /gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba ，gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba DgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba （gydF4y2Ba kgydF4y2Ba tgydF4y2Ba fgydF4y2Ba /gydF4y2Ba zgydF4y2Ba ）gydF4y2Ba 是信号的幅度gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba kgydF4y2Ba tgydF4y2Ba fgydF4y2Ba /gydF4y2Ba zgydF4y2Ba kgydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba 0,1.gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba ．..gydF4y2Ba ，gydF4y2Ba zgydF4y2Ba 和gydF4y2Ba ZgydF4y2Ba 是数据点数。gydF4y2Ba

如图所示gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba，在结构的边缘附近的一些部件不被这些完整的圆形区域覆盖。为了检查这些部件，结构边缘附近的区域与一些相同的半圆区域分隔，如图所示gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba．如果换能器组被放置在靠近结构边界的半圆弦杆中间，捕获的信号包括直接来自执行器的波和第一次结构边界反射。如果在这些半圆形区域存在任何损伤，捕获的信号除了直接来自驱动器和第一个结构边界反射的波外，还将包括损伤散射波。因此，损伤区域采集到的信号能量高于未损伤区域。与全圆形区域一样，对于每个半圆形区域，DPPI可以使用(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba）.需要注意的是，由于半圆形区域的捕获信号与全圆形区域的捕获信号不同，因此必须相互比较这些区域的DPPI，以突出靠近结构边界的最可能的损伤位置。gydF4y2Ba

当定义具有最高DPPI值的区域时，将使用点扫描非破坏性技术来详细识别损坏。此过程从具有最大DPPI值的区域开始。一旦该区域的损坏量化，基于定义损坏的严重性以及结构的损坏，也可以决定是否有必要监控具有较低DPPI值的其他区域。gydF4y2Ba

为了在结构中产生和采集兰姆波，设计了一套移动式手工换能器。在设计这种换能器时，必须考虑其灵活性，因为换能器在结构上可以很容易地移动，在结构的不同位置激发和收集兰姆波。在换能器中，一个传感器与驱动器相结合，捕捉从损伤中反射回来的波。该换能器采用压电片(APC 851)，其直径和厚度分别为6.6 mm和0.24 mm。压电片的性能如表所示gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba．PZT传感器和执行器连接到底部的独立持有人。两个螺丝穿过顶部的方板，保持支架的平衡。数字gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba显示设计的换能器组。为了促进信号分离过程，只有gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 在结构中产生羊毛波的模式。为了实现这一点，施加一种润滑脂润滑剂在致动器的底表面下施加。以这种方式，致动器将产生强大的垂直压力，以激发gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 在执行器和板之间的模式和拒绝剪切力削弱gydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 模式。通过采用上述技术，纯净gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 模式可以兴奋。gydF4y2Ba

使用任意波形产生单元(Agilent 33220A)在中心频率为50 kHz的Hanning窗口中产生一个5周期的正弦波突发。使用线性放大器(T&C power conversion, Inc.， AG系列)将模拟信号放大到85 (V)，依次驱动每个PZT驱动器。使用示波器(Agilent DSO5032A)以10 MHz的采样率捕获波信号。采样信号传输到中央处理单元进行进一步分析。的gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 本文假设模态速度为常数。gydF4y2Ba

在本节中，提出了两个选定的实验研究，其证明了开发方法检测结构损坏的最可能位置的能力。gydF4y2Ba

一块铝板(1000mm × 1000mm × 3mm)沿其四边固定在测试台上。一个全厚度洞gydF4y2Ba （gydF4y2Ba ∅gydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 厘米gydF4y2Ba ）gydF4y2Ba 被引入板上，如图所示gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba．该结构的表面被分隔为具有半径20cm的相同尺寸的全圆形区域，如图所示gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba．换能器组放置在这些区域的中心（区域：A1，A2，...，A16所示的区域gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba）在每个区域生成和收集羊羔波。信号采集位置列在表中gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba．的gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 确定了铝板50kHz的速度实验（gydF4y2Ba VgydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba 1955.7gydF4y2Ba 米/秒)。因此，在每个区域，电流信号为时间窗gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ＝gydF4y2Ba 0204年。5gydF4y2Ba μgydF4y2Ba 年代gydF4y2Ba 收集。对采集到的信号进行归一化处理，以补偿不同位置传感器之间的性能差异。设置在A8和A10区域中心的传感器采集到的典型响应如图所示gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba．不同地区的DPPI是用(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba）并在图中显示gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba．如图所示gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba，当传感器组放置在区域A10的中心时，DPPI的最大值被定义。因此，如图所示gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba，最可能的损坏位置是区域A10，包括真实孔，并显示出呈现的方法在突出最可能的结构损坏位置时的有效性。由于在区域A6和A11处收集的信号也可以感测到损坏散射波，因此这些区域的DPPI值大于这些区域的捕获信号的其他区域不包括损坏散射波。然而，由于与区域A6和A11的中心相比，区域A10的损坏和区域中心之间的线性距离，区域A10的DPPI值大于区域A6和A11的DPPI值。gydF4y2Ba

作为上述应用的延伸，使用该方法在与之前研究相同尺寸的铝板上识别穿厚裂纹(长25 mm，宽1.5 mm)，如图所示gydF4y2Ba 10.gydF4y2Ba．同样的过程被用于识别最有可能的损伤位置。数字gydF4y2Ba 11.gydF4y2Ba显示铝板的不同圆形区域的DPPI，具有通过厚度裂缝。可以从图中识别出来gydF4y2Ba 11.gydF4y2Ba，当放置在区域A3的中心时，DPPI的最大值是定义的。因此，如图所示gydF4y2Ba 12.gydF4y2Ba最可能的损伤位置是A3区域，其中包括真实的穿透层裂纹，再次证明了该方法在突出结构中最可能的损伤位置方面的有效性。gydF4y2Ba

也是值得提到的事件虽然兰姆波在分层等内部损坏导致较低的散射振幅与表面损伤相比,仍然信号的能量收集地区的内部攻击高于地区没有伤害。因此，使用这种技术也可以检测到这种损伤。gydF4y2Ba

在该研究中，开发了一种基于羊波的区域扫描非破坏性方法，以在点扫描测试之前识别最可能的损坏位置。将试件表面划分为若干较小的区域，并对每个区域存在的损伤概率进行了评估。为此，gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 在每个区域使用一个移动的手工传感器组生成和收集兰姆波的模态。随后，基于捕获的响应能量定义了每个区域的损伤存在概率指数(DPPI)。DPPI值最高的区域突出了试件中最可能发生损伤的位置。传统的点扫描无损检测方法，如超声波检测，可以用来详细描述损伤。通过对两种损伤案例的分析，包括结构板的穿厚孔和裂纹，已经证明了所开发的方法在确定结构中最可能的损伤位置方面的有效性，这使所提出的方法成为对其他传统点扫描NDE方法的适当补充，从而减少了无损评估的时间和成本。gydF4y2Ba