国际电气工程先进技术译丛 先进的结构损伤检测理论与应用

先进的结构损伤检测理论与应用 
作　者：（波）Tadeusz Stepinski，等著； 丁克勤，林树青 等译 
出版时间：2014 
 
内容简介 
　　《先进的结构损伤检测理论与应用》全面回顾了各种监测技术的最新进展以及其在结构健康监测（SHM）中的应用。本书强调基本概念、基本原理和典型应用，并侧重理论方法研究和工程应用的有机结合，内容涉及弹性波数值模拟、非线性声学、探测概率模型、压电传感技术、模态滤波技术、热成像技术以及基于视觉的监测技术等诸多学科，充分体现了损伤探测和结构健康监测的技术前沿。全书共分10章：第1章引论，第2章介绍弹性波在平面结构中传播的数值模拟方法，第3章介绍结构健康监测系统（SHM）辅助探测概率模型的应用，第4章提供了非线性声学在SHM中应用的状况，第5章讨论用于产生和传感表面波和兰姆波的压电换能器，第6章给出了机电阻抗（EMI）方法，第7章回顾了采用传感器阵列选取兰姆波聚焦的方法，第8章介绍了模态滤波器的理论和应用，第9章讨论了在无损评价（NDE）和结构健康监测（SHM）中使用热成像技术的不同方式，第10章介绍了基于视觉的监测系统。本书收集了近年来结构健康监测、损伤探测以及压电传感技术等方面的最新研究成果，并包括大量相关示例，内容新颖，图表清晰，实用性强。 
译者序 
原书前言 
第1章引论1 
1.1引言 1 
1.2结构损伤和结构损伤探测 1 
1.3SHM作为NDT的深化 3 
1.4SHM的跨学科性质 4 
1.5SHM系统的结构7 
1.5.1局部SHM方法8 
1.5.2整体SHM方法 8 
1.6与SHM系统设计有关的方面10 
1.6.1设计原则11 
参考文献12 
第2章弹性波传播的数值模拟14 
2.1引言 14 
2.2建模方法15 
2.2.1有限差分法 15 
2.2.2有限元法16 
2.2.3谱单元法 17 
2.2.4边界元法19 
2.2.5有限体积法 20 
2.2.6其他数值方法 21 
2.2.7时间离散化 23 
2.3混合和多尺度建模25 
2.4局部交互仿真方法(LISA) 29 
2.4.1GPU实现 31 
2.4.2进一步发展的基于GPU的 
LISA软件包33 
2.4.3cuLISA3D解算器的性能 33 
2.5耦合方案 35 
2.6损伤模型 41 
2.7波传播的吸收边界条件42 
2.8结论 44 
参考文献45 
第3章结构健康监测中的辅助探测 
概率模型51 
3.1引言 51 
3.2探测概率 52 
3.3POD的理论方面 53 
3.3.1击中/脱靶分析 53 
3.3.2信号响应分析 55 
3.3.3置信区间 56 
3.3.4误报率 57 
3.4从POD到 MAPOD57 
3.5SHM的POD 58 
3.6考虑缺陷几何不确定性的SHM 
系统的MAPOD59 
3.6.1SHM系统 59 
3.6.2仿真框架60 
3.6.3可靠性评估 60 
3.7结论 63 
参考文献 63 
第4章非线性声学 66 
4.1引言 66 
4.2理论背景 67 
4.2.1接触声学的非线性69 
4.2.2非线性共振 71 
4.2.3混频72 
4.3损伤探测方法和应用 77 
4.3.1损伤探测非线性声学 78 
4.4结论93 
参考文献 94 
 
先进的结构损伤检测理论与应用第5章导波压电复合材料 
传感器97 
5.1引言97 
5.2导波压电传感器 98 
5.2.1压电元件 98 
5.2.2基于压电复合材料的 
传感器98 
5.2.3交叉指型传感器 101 
5.3基于MFC 的新型IDT-DS105 
5.4兰姆波生成压电复合材料 
传感器107 
5.4.1数值模拟107 
5.4.2实验验证 109 
5.4.3数值模拟与实验结果 109 
5.4.4讨论116 
5.5IDT-DS4的兰姆波传感特性117 
5.5.1数值模拟 117 
5.5.2实验验证119 
5.6结论121 
附录121 
参考文献122 
第6章机电阻抗方法 125 
6.1引言 125 
6.2理论背景126 
6.2.1机电阻抗的定义 126 
6.2.2测量技术 127 
6.2.3损伤探测算法 129 
6.3数值模拟 129 
6.3.1基于有限元的机电阻抗建模 
方法130 
6.3.2不确定性和敏感性分析 134 
6.3.3讨论 137 
6.4先进SHM系统 138 
6.5实验室测试140 
6.5.1板结构试验140 
6.5.2管道截面的状态监测 144 
6.5.3讨论 146 
6.6飞机结构应用验证 147 
6.6.1主起落架舱螺栓联接的 
监测147 
6.6.2铆接机身面板监测152 
6.6.3讨论 154 
6.7结论 154 
参考文献 155 
第7章导波波束的形成 157 
7.1引言 157 
7.2理论158 
7.2.1合成孔径成像 158 
7.2.2有效孔径概念 162 
7.2.3成像方案 164 
7.2.4自聚焦阵列 166 
7.3数值结果 168 
7.3.1有效孔径实例 168 
7.3.2星形阵列成像 170 
7.3.3DORT-CWT方法的数值 
验证 174 
7.4实验结果176 
7.4.1实验装置 176 
7.4.2传感阵列的实验评估 176 
7.4.3有效孔径的实验评估 178 
7.4.4使用合成孔径的损伤成像179 
7.4.5DORT-CWT方法的实验 
验证 179 
7.4.6基于自聚焦发射阵列的损伤 
成像182 
7.5讨论 183 
7.6结论 184 
参考文献 185 
第8章模态滤波技术 187 
8.1引言 187 
8.2当前发展状况 188 
8.3方法的制定192 
8.4方法的数值验证 195 
8.4.1用于模拟的模型195 
8.4.2测试程序196 
8.4.3分析的结果 197 
8.4.4基于模型的探测概率 200 
8.5基于模态过滤的监测系统 202 
8.5.1主要假设 202 
8.5.2测量诊断装置203 
8.5.3模态分析和模态过滤 
软件204 
8.6实验室测试206 
8.6.1测试程序 206 
8.6.2实验结果 207 
8.6.3探测分析的概率 212 
8.7操作测试214 
8.8结论 217 
参考文献218 
第9章振动红外热成像法219 
9.1引言 219 
9.2热成像无损检测技术现状 219 
9.3振动热成像检测系统的发展227 
9.4虚拟测试230 
9.5实验室测试 235 
9.6现场测量237 
9.7概要和结论 239 
参考文献 240 
第10章基于视觉的监测系统242 
10.1引言 242 
10.2当前发展现状 243 
10.3数字图像相关法的挠度 
测量 244 
10.4图像配准和平面矫正 247 
10.5自动特征检测和匹配249 
10.5.1基于挠度变形的损伤检测 
和定位250 
10.6软件工具开发252 
10.7方法的数值研究 253 
10.7.1视觉测量系统的数值 
模型 253 
10.7.2方法的不确定性研究 253 
10.7.3基于概率模型的损伤 
探测260 
10.8方法的实验室研究 263 
10.8.1实验室设置方法的 
测试264 
10.8.2实验室研究方法的探测 
概率 264 
10.8.3开发方法的精度研究 270 
10.9方法的关键研究和评价 272 
10.9.1电车高架桥挠度监测 272 
10.10结论 275 
参考文献 275