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目前,Lamb波主动结构健康监测方法对结构中的小损伤比较敏感,是有效的板结构损伤监测方法。超声相控阵监测和成像技术是结构健康监测新的发展方向,超声相控阵结构健康监测技术是利用超声相控阵换能器对结构进行扫描的一种技术,通过控制每个换能器发射和接收的时间延迟而控制Lamb波波束指向,实现对结构的多方位扫描,识别结构中损伤并对识别结果进行有效成像。本文利用Lamb波与超声相控阵原理实现对结构的健康监测与成像,为超声相控阵结构健康监测技术在工程中的实际应用打下坚实基础。本文的主要研究工作包括以下几个方面:(1)、分析结构健康监测中压电元件激励模型、Lamb波在结构中的传播过程以及压电元件的传感模型。在此基础上,研究超声相控阵结构健康监测原理,分析超声相控阵波束指向性与扫描原理,利用超声相控阵技术控制Lamb波波束指向,实现对结构的扫描进而识别结构中损伤,并进行实验验证。(2)、研究基于超声相控阵技术的结构健康监测成像方法,以信号能量为参数,利用超声相控阵技术实现对结构中损伤目标的成像监测,直观显示损伤情况,定性评估损伤范围,并在铝板结构与玻璃纤维增强复合材料板结构中进行实验验证。推导采用Shannon小波与HHT算法求取信号到达时刻的数学公式。(3)、提出改进的超声相控阵结构健康监测实验数据采集方法,克服实验中数据采集时间长的问题,在玻璃纤维增强复合材料板结构上进行验证实验。(4)、提出一种无参考信号的超声相控阵结构健康监测成像方法,提高方法的实用性。在玻璃纤维增强复合材料板结构上进行验证实验。(5)、研究三种图像增强方法,应用于超声相控阵结构健康监测结果映射的原始图像中,提高图像质量和可识别度,利用实验加以验证。(6)、提出近场超声相控阵结构健康监测方法,克服远场超声相控阵结构健康监测方法监测距离的局限性,提高监测结果精度,实现近场超声相控阵技术对结构损伤监测结果的成像,并在碳纤维盒段壁板结构中成功进行加载载荷有效监测成像的实验研究。(7)、以某无人机碳纤维机翼盒段为研究对象,进行了超声相控阵结构健康监测扫描成像技术的应用研究,采用超声相控阵扫描方法,在真实航空机翼盒段上进行质量块加载模拟损伤与螺钉松动监测实验研究,取得显著效果。