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随着经济发展,材料科学的进步和人们对结构安全性的日益关注,工程实践中对监测技术的要求一直在增加,微小损伤监测,以及监测复合材料的粘结质量和材料的力学性能等无损评价需要不断改进。现有的线性Lamb波损伤监测方法对微小损伤的敏感性低,限制了Lamb波结构健康监测技术的应用和发展。为了解决结构微小损伤监测问题,近几年来非线性Lamb波损伤监测技术研究越来越多。在现有研究基础上,对非线性Lamb波的基本理论进行了分析,根据具有累加效应的非线性Lamb波传播特点,研究了基于非线性Lamb波特征参数的结构损伤成像方法,并进行了实验验证。本文的研究内容如下:(1)分析了非线性Lamb波的传播规律及自身特点,具有累加效应的非线性Lamb波二阶谐波产生条件以及疲劳损伤对非线性Lamb波的影响等。(2)以金属结构为对象,对非线性Lamb波特征参数分析与处理方法进行了研究,通过求解波动方程证明非线性二次谐波的来源以及Lamb波的频散方程,采用具有累加效应的二阶谐波来检测材料的非线性性质,并给出了非线性Lamb波的定量表征方法;利用短时傅里叶变换对采集到的信号进行分析处理,提取基频与二倍频信号。研究了基于压电传感阵列的非线性Lamb波损伤监测机理,验证了非线性Lamb波技术对结构初期疲劳损伤监测的实用性。(3)研究了结构损伤对非线性Lamb波特征参数的作用机理,非线性特征参数与损伤程度之间的对应关系,并进行了实验验证。实验结果证明,非线性Lamb波特征参数对结构疲劳等早期微损伤具有较好的敏感性,且非线性参数与损伤程度之间存在相同的变化趋势。(4)研究了非线性Lamb波的疲劳损伤成像方法。采用监测路径上的非线性特征参数变化,定义信号差异系数(SDCT值),采用RAPID成像方法实现对结构中模拟疲劳损伤的图像重构,实验结果表明通过监测SDCT值,可以实现对结构中模拟疲劳损伤的成像,得出了相关实用化方法,为非线性Lamb波结构早期微损伤监测提供可行的思路。