[发明专利]基于特征提取矩阵相似度识别复合材料冲击源位置的方法及系统

说明书

本发明提供一种基于特征提取矩阵相似度识别复合材料冲击源位置的方法，包括构建复合材料的有限元结构模型并施加Lamb波信号激励来模拟冲击点，得到所有模拟冲击点的冲击信号，且进一步特征信息提取，形成由所有模拟冲击点的信号特征信息矩阵组合的数据对比库；获取待定位冲击点的冲击信号经特征信息提取得到的信号特征信息矩阵；将待定位冲击点的信号特征信息矩阵与数据对比库中所有信号特征信息矩阵均进行相似度计算，筛选出相似度值最大的信号特征信息矩阵，并将该筛选矩阵所对应的模拟冲击点的位置作为待定位冲击点的位置输出。实施本发明，能克服现有方法在某些实际情况中无法获得正常基准信号的材料结构而导致冲击源位置定位偏差的问题。

技术领域

本发明涉及结构健康监测技术领域，尤其涉及一种基于特征提取矩阵相似度识别复合材料冲击源位置的方法及系统。

背景技术

复合材料具有比强度高和比模度高等优势，比常规金属材料具有更加优良的力学性能，被广泛运用在航空航天领域中的飞机各部位以及直升机螺旋桨叶上。然而，复合材料层合板易受低速冲击的影响，容易产生内部裂纹，在航空航天结构应用中，要尽量避免复合材料结构发生内部裂纹等损伤形式，因此需要对复合材料层合板进行实时监测，以减少维护成本，保障航空航天结构的应用安全。

近年来，有研究人员对复合材料结构开发出了多种形式的损伤检测方法，包括红外成像、声发射、电涡流、射线、超声波等。其中，红外成像技术是利用光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形，并可以进一步计算出温度值；声发射技术是利用接收声发射信号，以接收材料或构件在受力过程中产生变形和裂纹时释放的弹性波能量，从而对材料或构件进行动态无损检测的技术；电涡流技术是利用电磁感应原理，通过测定被检工件内感生涡流的变化来无损评定导电材料及其工件的某些性能，或发现缺陷的无损检测；射线检测技术是五大常规无损检测技术之一，其利用缺陷在透射方向上具有一定的尺寸，衰减系数与物体线衰减系数有差别，可以通过缺陷存在产生的对比度来识别缺陷的检测技术；超声波探伤是利用材料及其缺陷的声学性能差异对超声波传播波形反射情况和穿透时间的能量变化来检验材料内部缺陷的无损检测方法。但是，采用上述方法需要耗费大量的时间和成本。

结构健康监测(Structural Health Monitoring,SHM)技术利用集成在结构中的传感、驱动元件网络，在线连续实时地获取响应信号等相关信息，结合先进的信号处理方法以及材料结构力学建模方法，提取特征参数，识别结构的健康状态，实现结构的安全评估。由于冲击产生的应力波是一种声发射信号，因此许多研究者利用声发射技术对冲击定位进行了研究。

为准确定位冲击源的位置，可以通过优化传感器的布置方式，并对接收到的冲击信号进行预处理后通过定位算法来进行准确定位。有研究人员采用菱形阵列传感器布置方式结合定位算法实现了超高速冲击源的精确定位。例如，传统的冲击定位方法是对接收传感器的信号进行处理后代入到定位算法中，通过定位算法用以估计方向和角度，但这些定位算法都需要知道一些未知的参数信息，如频散曲线、波速等。

为了克服上述需要提前计算参数信息的定位算法，许多学者展开了丰富的研究。又如，Lee C等计算传感器接收到的响应信号均方根值来分析相应结构缺陷。又如，Xiao W等通过获得金属结构的入射波和散射波波场来进行互相关成像以定位裂纹损伤的位置和损伤程度。但是，上述定位算法是通过实验的方式获取损伤的信号进行处理以进行冲击损伤定位。

然而，现有方法在一些实际情况中无法获得正常基准信号的材料结构，容易导致不能准确的定位冲击源位置，因此有必要进行改进。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于特征提取矩阵相似度识别复合材料冲击源位置的方法及系统，能克服现有方法在某些实际情况中无法获得正常基准信号的材料结构而导致冲击源位置定位偏差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于特征提取矩阵相似度识别复合材料冲击源位置的方法，包括以下步骤：