非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的方法及系统与流程

技术特征：

1.一种非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的方法，其特征在于，包括：

获取经过不同载荷周期数N的疲劳试验后的待测复合材料结构试样的疲劳特征数据；

根据所述试样的疲劳特性数据，获取所述待测复合材料结构试样中Lamb波的传播波场数据；

根据所述Lamb波的传播波场数据，提取试样中的Lamb波的传播特征参数，所述试样中的Lamb波的传播特征参数包括相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m；

根据相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m，以及与所述相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m对应的载荷应力S，通过反向传播神经网络，建立相速度c_p、不同模态的能量分布比值r_m、载荷应力S和载荷周期数N之间的关系：N＝f(c_p,r_m,S)；

控制激光超声检测系统获取待测复合材料结构的Lamb波的传播波场数据；

提取在载荷应力为S^*时的所述待测复合材料结构的Lamb波的传播特征参数，所述待测复合材料结构的Lamb波的传播特征参数包括相速度和不同模态的能量分布比值

根据所述相速度c_p、不同模态的能量分布比值r_m、载荷应力S和载荷周期数N之间的关系，获取所述待测复合材料结构的载荷周期数N^*。

2.根据权利要求1所述的非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的方法，其特征在于，所述获取所述待测复合材料结构试样中Lamb波的传播波场数据，具体包括：

在对所述待测复合材料结构试样进行简谐加载的试验下，控制脉冲激光器向所述待测复合材料结构试样发射脉冲激光束；

控制二维振镜等间隔的移动所述脉冲激光束的位置，同时控制激光多普勒测振仪获取所述待测复合材料结构试样的相应位置的Lamb波响应信号；

根据所述Lamb波响应信号，按照移动脉冲激光束的位置和测量时间获取对应的Lamb波响应信号强度；

根据所述移动脉冲激光束的位置、所述测量时间和所述对应的Lamb波响应信号强度，绘制时间-位置域上的Lamb波强度图；

根据所述时间-位置域上的Lamb波强度图，获取所述待测复合材料结构试样中Lamb波的传播波场数据。

3.根据权利要求2所述的非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的方法，其特征在于，所述提取试样中的Lamb波的传播特征参数，具体包括：

提取所述时间-位置域上的Lamb波强度图中首个峰值的传播距离x和时间t；

采用最小二乘法拟合所述首个峰值的传播距离x和时间t曲线：x＝c_p(t-t₀)，其中c_p为待拟合的相速度，t₀为时间延时；

确定所述传播距离x和时间t曲线的斜率为相速度c_p；

采用二维傅里叶变换方法将所述时间-位置域上的Lamb波强度图转换成波数-频率域上的Lamb波强度图；

分别提取所述波数-频率域上的Lamb波强度图中两个模态区域内的Lamb波峰值A₁和A₂；

计算Lamb波的不同模态的能量分布比值r_m：

4.根据权利要求1所述的非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的方法，其特征在于，所述建立相速度c_p、不同模态的能量分布比值r_m、载荷应力S和载荷周期数N之间的关系，采用构建神经网络的方式进行，具体包括：

构建输入层，所述输入层的变量包括载荷应力S、对应载荷应力S下的相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m；

构建隐含层，所述隐含层包括6个或6个以上的神经元；

构建输出层，所述输出层为载荷周期数N；

将所述经过疲劳试验后的待测复合材料结构试样中的Lamb波的相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m，以及与所述相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m对应的载荷应力S代入所述输入层；将所述载荷周期数N代入所述输出层，进行神经网络训练，获得训练结果；

根据所述训练结果，建立相速度c_p、不同模态的能量分布比值r_m、载荷应力S和载荷周期数N之间的关系：N＝f(c_p,r_m,S)。

5.一种非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的系统，其特征在于，包括：

试样的疲劳特征数据获取单元，用于获取经过不同载荷周期数N的疲劳试验后的待测复合材料结构试样的疲劳特征数据；

试样中Lamb波的传播波场数据获取单元，用于根据所述试样的疲劳特性数据，获取所述待测复合材料结构试样中Lamb波的传播波场数据；

试样中Lamb波的传播特征参数提取单元，用于根据所述Lamb波的传播波场数据，提取试样中的Lamb波的传播特征参数，所述试样中的Lamb波的传播特征参数包括相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m；

关系建立单元，用于根据相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m，以及与所述相速度c_p和不同模态的能量分布比值r_m对应的载荷应力S，通过反向传播神经网络，建立相速度c_p、不同模态的能量分布比值r_m、载荷应力S和载荷周期数N之间的关系：N＝f(c_p,r_m,S)；

结构的Lamb波的传播波场数据获取单元，用于控制激光超声检测系统获取待测复合材料结构的Lamb波的传播波场数据；

结构的Lamb波的传播特征参数提取单元，用于提取在载荷应力为S^*时的所述待测复合材料结构的Lamb波的传播特征参数，所述传播特征参数包括相速度和不同模态的能量分布比值

结构的载荷周期数获取单元，用于根据所述相速度c_p、不同模态的能量分布比值r_m、载荷应力S和载荷周期数N之间的关系，获取所述待测复合材料结构的载荷周期数N^*。

6.根据权利要求1所述的非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的方法，其特征在于，所述试样中Lamb波的传播波场数据获取单元具体包括：

脉冲激光束发射控制子单元，用于在对所述待测复合材料结构试样进行简谐加载的试验下，控制脉冲激光器向所述待测复合材料结构试样发射脉冲激光束；

脉冲激光束移动控制子单元，用于控制二维振镜等间隔的移动所述脉冲激光束的位置；

Lamb波响应信号获取子单元，用于控制激光多普勒测振仪获取所述待测复合材料结构试样的相应位置的Lamb波响应信号；

Lamb波响应信号强度获取子单元，用于根据所述Lamb波响应信号，按照移动脉冲激光束的位置和测量时间获取对应的Lamb波响应信号强度；

时间-位置域上的Lamb波强度图绘制子单元，用于根据所述移动脉冲激光束的位置、所述测量时间和所述对应的Lamb波响应信号强度，绘制时间-位置域上的Lamb波强度图；

确定子单元，用于根据所述时间-位置域上的Lamb波强度图，获取所述待测复合材料结构试样中Lamb波的传播波场数据。

7.根据权利要求1所述的非接触式评估复合材料结构的疲劳特性的方法，其特征在于，所述试样中Lamb波的传播特征参数提取单元具体包括：

传播距离x和时间t提取子单元，用于提取所述时间-位置域上的Lamb波强度图中首个峰值的传播距离x和时间t；

相速度计算子单元，用于采用最小二乘法拟合所述首个峰值的传播距离x和时间t曲线：x＝c_p(t-t₀)，其中c_p为待拟合的相速度，t₀为时间延时；确定所述传播距离x和时间t曲线的斜率为相速度c_p；

不同模态的能量分布比值计算子单元，用于采用二维傅里叶变换方法将所述时间-位置域上的Lamb波强度图转换成波数-频率域上的Lamb波强度图；分别提取所述波数-频率域上的Lamb波强度图中两个模态区域内的Lamb波峰值A₁和A₂；计算Lamb波的不同模态的能量分布比值r_m：