吉林大学物理学院崔志文教授团队在复合材料板声源定位方法研究方面取得进展
【供稿：物理学院】近日，吉林大学物理学院崔志文课题组采用任意分布的传感器阵列和信号能量，实现了复合材料板的声源定位。相关研究成果以“Asignalenergy-basedapproachforacousticsourcelocalizationincompositelaminates”为题发表于《MechanicalSystemsandSignalProcessing》上。
复合材料层合板的结构特性使其易于受到外部冲击，产生缺陷及损伤，进一步可能会发生结构灾难性失效。而在损伤形成的早期，可以利用声发射弹性波对复合材料板进行实时监测和定位，从而保障在用设备及结构的健康和安全。然而，复合材料层合板的材料各向异性以及复杂铺层方式，会导致声波在板中传播的方向与波前处入射方向之间存在倾斜角，进而造成传统的声源定位方法失效。现有的针对复合材料层合板的声源定位方法，大多数采用到达时间的相关信息，而由于Lamb波在板中传播时会发生频散，可能会导致难以读取正确的时间信息，从而造成定位失败。基于信号能量的方法目前已被证明可以用于正交各向异性板的声源定位，但其应用范围仍然具有局限性，不仅需要提前预测对称轴信息，对于某些复合材料层合板，该定位算法还可能会出现不收敛的情况。
崔志文教授研究团队通过改进基于信号能量的算法模型，提出了一种适用于任何铺层方式的复合材料板声源定位方法。该方法解除了角度因素对于声源位置与信号能量之间关系的限制，减少了求解非线性方程组时的未知参数数量，以此优化目标函数模型。定位结果相比于改进前呈现出更好的精度，且对于不同的初始顶点能够保证定位结果稳定，降低了出现不收敛情况的可能性。即使在信噪比很低的情况下，该模型仍然表现出良好的定位效果。数值模拟和实验验证表明，该方法可靠且具有较好的定位精度。此工作拓宽了信号能量在各向异性材料声源定位方面的应用范围，为复合材料板结构健康监测未来的发展提供新思路。
该论文第一作者为吉林大学物理学院声学专业2022级直博生马晨宁，通讯作者为崔志文教授和美国亚利桑那大学TribikramKundu教授。该工作得到了吉林省科学技术厅技术创新引导国际科技合作项目及重庆市自然科学基金项目的大力支持。
《MechanicalSystemsandSignalProcessing》是机械与信号处理领域国际顶级学术期刊，影响因子7.9。该刊物致力于报道机械系统动力学、振动与控制、结构健康监测、信号处理、故障诊断以及智能系统等方面的创新性结果。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2024.111709