Page 115 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 邱文等： Lamb 波多特征参数的复合材料损伤程度评估方法 613

的估计，支撑不足。因而，利用时频域进行综合的特 62.5 ∼ 125 kHz 之间，其余频段基本没有频率分布。
征分析与提取，有利于进一步理清损伤对结构响应 采用相同的思路，对其他不同程度损伤下结构响应
信号的作用情况，进而通过多个特征，表征损伤的发 信号的时间频率图进行分析，分析信号主要的频率
生和发展情况。 分布，比较不同程度损伤的小波包分解的第 3 层能
下面进一步对图 2所示的损伤前后结构响应信 量集中程度，可以得到如图4所示的能量分布图。
号进行分析，其具体的无损情况下 Lamb 波结构响 从图 3 中可以看出，能量主要集中在第 3 层的
应信号的时域与频域波形图如图 3(a) 和图 3(b) 所 第1、2两个节点。根据图3、图4所示的分析结果，将
示。进行小波包变换后，得到了如图 3(c) 所示的时 信号转化到时频域中，可以利用损伤引起的信号能
间频率图。小波包 3 层分解之后，将信号频率分成 量变化以及小波包系数变化，计算提取出时域上的
了 8 个区间，每个区间占 62.5 kHz，在图 3(c) 中可 波形特征、波峰特征和频域上的能量百分比、能量
以看到，其中最低的两段颜色最重，说明了信号频 分布等多个特征参数，从多维度分析损伤的发生、发
率主要集中在这两个频段之间，即 0 ∼ 62.5 kHz 和 展情况等。

༏ҵηՂ௑۫ڏ ϤकηՂ௑۫ڏ ϤकηՂᮠ៨ڏ
4 4 0.4
2 2 0.3 0.15
ࣨϙ/V -2 0 ࣨϙ/V -2 0 ࣨϙ/V 0.2 0.10
0.1

-4 -4 0
0 200 400 600 800 1000 0 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 5
t/ms t/ms ᮠဋ/(10 kHz)
5
༏ҵηՂ௑۫ڏ ૯͞ηՂ௑۫ڏ ૯͞ηՂᮠ៨ڏ
0.20 4 0.3
ࣨϙ/V 0.10 ࣨϙ/V 2 0 ࣨϙ/V 0.2 0.10
0.05
-2 0.1
0 -4 0
0 1 2 3 4 5 0 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 5
5
5
ᮠဋ/(10 kHz) t/ms ᮠဋ/(10 kHz)
图 2 Lamb 波结构响应信号时、频域分析
Fig. 2 Time domain and frequency domain analysis of Lamb wave structure response signal

ᣥКηՂ௑۫ڏϸ ᣥКηՂ௑ᮠ៨ Лࡍᮠဋፐࠫϙ
3 0.20
11
2 ϤकηՂ ϤकηՂ
1 14
ࣨϙ/V 0 ࣨϙ/V 0.10 ࠵ฉӊѬᝍӝᫎ 12 9
13
-1 10
-2 8
7
-3 0
0 200 400 600 800 1000 0 0.5 1.0 1.5 2.0 200 400 600 800 1000
t/ms ᮠဋ/(10 Hz) t/ms
5
(a) LambฉЧی௑۫ηՂ (b) LambฉЧیᮠ۫ηՂ (c) Lambฉ௑ᮠ۫Ѭᝍڏ
图 3 无损状态下 Lamb 波结构响应信号的时域、频域和时频域分析
Fig. 3 Time domain, frequency domain and time-frequency domain analysis of Lamb wave structure
response signals in lossless state