[发明专利]一种基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法

权利要求书

1.一种基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立被监测材料的损伤特征分析表；

步骤2：依据步骤1得到的损伤特征分析表建立声发射在线监测系统。

2.根据权利要求1所述的基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，步骤1中损伤特征分析表包括：声发射信号的时频特征和信号参数特征。

3.根据权利要求1或2所述的基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，步骤1中所述损伤特征分析表的建立包括以下步骤：

步骤1-1：制备需要监测的复合材料结构的不同纤维编织层的试样；

步骤1-2：对试样进行工况条件下加载直至完全破坏断裂，同时提取样品损伤时的声发射信号；

步骤1-3：将监测到的声发射信号采集记录下来进行后续处理。

4.根据权利要求3所述的基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，步骤1-2中声发射信号的提取包括：时频分析和模式识别聚类。

5.根据权利要求4所述的基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，所述时频分析采用小波变换的方法，由如下公式表示：

6.根据权利要求5所述的基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，所述小波变换方法包括以下步骤：

步骤a：选取合适的小波基和尺度对原始信号从低频到高频分解为多层，通过FFT计算每层分解信号的频率占比及频段；

步骤b：将小波变换得到的尺度序列转换为频率序列，结合时间序列分析在不同损伤阶段的频率主要成分，结合每个损伤阶段的损伤状况最终确定各个损伤模式的损伤特征频率；

步骤c：将不同纤维编织的试样的各损伤特征频率记录到损伤特征分析表中，作为第一个特征参量。

7.根据权利要求4所述的基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，所述模式识别聚类包括以下步骤：

步骤ⅰ：通过主成分分析，提取信号参数向量的主要特征维度，将降维后的参数向量作为聚类的输入量；

步骤ⅱ：选取上述输入量的K个作为初始聚类中心；

步骤ⅲ：根据上述输入量与聚类中心的欧氏几何距离，按距离最近的准则将输入量分配到距离它们最近的聚类中心所对应的类别中；

步骤ⅳ：更新聚类中心，将上述得到的每个类别中的所有对象所对应的均值点作为该类别新的聚类中心，计算目标函数值，目标函数用如下公式表示：

步骤ⅴ：判别聚类中心和目标函数的值是否发生改变，若均不变，则输出聚类结果；若变化，则重新计算各输入量与更新后的聚类中心的欧氏几何距离，进行迭代计算；

步骤ⅵ：依据输入向量类别分布特征，匹配参数向量对应的损伤模式，将分配好的参数向量记录到损伤特征分析表中，作为其他特征参量。

8.根据权利要求1所述的基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，其特征在于，步骤2中建立声发射在线监测系统包含以下步骤：

将声发射传感器固定到被监测结构上，同时利用耦合剂进行耦合；通过数据采集模块采集结构损伤时的声发射信号；PC端根据小波变换原理实时将信号时频特征提取，利用距离最近的聚类原理，识别采集到的信号参数向量的类别，即可获知损伤发生的纤维编织层种类以及损伤模式的种类。