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结构健康监测已成为近年来的研究热点,在重大工程领域具有广阔的应用前景。为了适应现代工业更高的安全标准,结构健康监测必须朝着敏感性更高、精确性更强、适用范围更广等方向发展。超声导波,例如Lamb波,由于传播速度快、衰减小等优势,而被广泛使用于大面积结构的健康监测中。针对金属结构疲劳裂纹、复合材料结构小面积层脱、基体断裂等损伤的监测与识别,传统的基于超声导波线性特性(如传播时间,波幅衰减)的方法由于波长限制往往不够敏感。近年来,大量研究表明,非线性超声(如高阶谐波、亚谐波、调制成分等)对识别此类微小损伤具有更好的敏感性与适用性。本文基于时间反转理论,研究了阻尼对时间反转方法的影响,并针对黏贴阻尼材料的复合材料结构,结合损伤状态下结构响应的非线性特性,提出了不同幅值激励的时间反转损伤识别方法,通过有限元仿真和实验研究验证了该方法的有效性;另一方面,针对结构中存在的多处具有不同疲劳程度的裂纹损伤,结合Lamb波的非线性特性,提出了在二阶谐波频率处分解时间反转算子的方法,并基于全矩阵聚焦的后处理方法,进行了选择性识别与定位铝板中的多处疲劳裂纹的实验研究。本文的主要研究内容包括:第一,介绍了结构健康监测的应用背景与基于Lamb波的结构健康监测方法的研究现状,以及本文的主要工作。第二,从三维弹性薄板的波动方程出发,分析了 Lamb波的一般传播方程,得出了 Lamb波的多模式和频散特性。通过有限元仿真验证了 Lamb波经裂纹界面散射后响应信号的非线性特性。另外对结构健康监测中常用的压电陶瓷做了简要介绍。第三,阐述了时间反转方法和时间反转分解方法的基本原理和步骤,以及分别对应的损伤成像算法。第四,通过有限元仿真与实验研究详细探究了阻尼对时间反转方法的影响,并结合闭合型损伤在不同幅值激励下的响应特性,提出了不同幅值激励的时间反转损伤识别方法,最后以仿真和实验共同验证了该方法的有效性。利用大幅值激励下的损伤指数识别与定位了复合材料板中的冲击损伤。第五,通过实验验证了 Lamb波经过裂纹界面散射后,响应信号中产生了附加的二阶谐波成分。针对铝板中存在的两处具有不同疲劳周数的裂纹损伤,提出了在二阶谐波频率处分解时间反转算子的方法,并开展了选择性识别与定位疲劳裂纹的实验研究,结果表明了所提出方法的有效性。最后,对全文进行了总结,阐述了研究过程中的不足,并对下一步的研究方向进行了展望。