[发明专利]一种复合材料结构损伤监测方法及系统

说明书

本发明公开了一种复合材料结构损伤监测方法及系统，其中结构损伤监测方法包括获取响应信号样本；根据预设的多个特征选择参数，逐一提取响应信号样本的多个特征向量后，将多个特征向量组合成特征向量集，并归一化处理特征向量集获得标准特征向量集；将标准特征向量集的特征向量输入预先训练的支持向量机分类模型，得到支持向量机分类模型输出的分类结果。本发明基于最优路径集和训练好的支持向量机分类模型对复合材料结构损伤进行监测分析，能够实现识别初始健康状态、轻微损伤状态、中度损伤状态和严重损伤状态的响应信号，有效地减少监测路径，减少响应信号样本的大小，提升响应信号不同状态的识别效率。

技术领域

本发明涉及一种复合材料结构损伤监测方法及系统，属于复合材料结构健康监测技术领域。

背景技术

在当今工业发展的进程中，复合材料被广泛用于制造业的各个地方，无论是航空航天工业、船舶车辆工业，还是风力发电工业，复合材料的使用范围非常广泛。然而，复合材料结构在使用过程中极易发生诸如裂纹、分层、通孔、腐蚀、夹杂等各式各样的损伤。这些损伤不仅危害到结构的运用，更有可能影响到工程结构的安全性能，威胁到人民生命安全，使人民生命财产遭受不可估计的损失。所以对复合材料结构损伤的精确识别，判断复合材料结构的损伤程度至关重要。

目前在复合材料的结构健康监测领域中，有着很多智能监测方法，主要以无损监测为主。通过对监测结构进行实时数据采集，利用信号处理技术与智能算法相结合去判断损伤的位置、损伤的类型与损伤的程度，及时对结构所要发生的安全隐患进行评估。

常见的方法有红外监测法、超声波监测法以及射线监测法，但是这些监测方法的监测条件复杂、检测设备体积大并且检测设备费用高。Lamb波损伤监测方法由于传播距离远、对小损伤敏感等特点，是一种重要的损伤监测手段，利用其多模特性对损伤的不同响应，可以实现损伤监测。但是，传统的Lamb波损伤监测方法的监测路径较多，诊断时间较长，严重影响监测效率，本领域技术人员急需寻找最优的监测路径，从而高效地监测结构件损伤的发生和发展情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种复合材料结构损伤监测方法及系统，基于最优路径集和训练好的支持向量机分类模型对复合材料结构损伤进行监测分析，能够减少了监测路径，实现识别初始健康状态、轻微损伤状态、中度损伤状态和严重损伤状态的响应信号，提升对复合材料结构损伤监测的效率和准确率。

为达到上述目的，一方面，本发明提供一种复合材料结构损伤监测方法，包括以下步骤：

根据最优监测路径集的多条监测路径获取响应信号样本；

根据预设的多个特征选择参数，逐一提取响应信号样本的多个特征向量后，将多个特征向量组合成特征向量集，并归一化处理特征向量集获得标准特征向量集；

将标准特征向量集的特征向量输入预先训练的支持向量机分类模型，得到支持向量机分类模型输出的分类结果；

其中，所述分类结果包括初始健康状态信号、轻微损伤状态信号、中度损伤状态信号或严重损伤状态信号。

进一步地，所述获取响应信号样本包括以下步骤：

在待监测结构件上预设监测区，并在监测区的4个角各布置一个压电片后，将4枚压电片两两连线形成6条监测路径；

逐一控制最优监测路径集的每条监测路径起始端的压电片发射Lamb波测试信号，监测路径结束端的压电片接收相对应的多条响应信号，获得响应信号样本。

进一步地，所述Lamb波测试信号包括激励信号中心频率为30KHz的A₀模式Lamb波测试信号和激励信号中心频率为60KHz的S₀模式Lamb波测试信号。

进一步地，所述多个特征选择参数包括时域特征选择参数、频域特征选择参数和/或时频域特征选择参数；