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第1章 引论1

1.1 引言1

1.2 结构损伤和结构损伤探测1

1.3 SHM作为NDT的深化3

1.4 SHM的跨学科性质4

1.5 SHM系统的结构7

1.5.1 局部SHM方法8

1.5.2 整体SHM方法8

1.6 与SHM系统设计有关的方面10

1.6.1 设计原则11

参考文献12

第2章 弹性波传播的数值模拟14

2.1 引言14

2.2 建模方法15

2.2.1 有限差分法15

2.2.2 有限元法16

2.2.3 谱单元法17

2.2.4 边界元法19

2.2.5 有限体积法20

2.2.6 其他数值方法21

2.2.7 时间离散化23

2.3 混合和多尺度建模25

2.4 局部交互仿真方法（LISA）29

2.4.1 GPU实现31

2.4.2 进一步发展的基于GPU的LISA软件包33

2.4.3 cuLISA3D解算器的性能33

2.5 耦合方案35

2.6 损伤模型41

2.7 波传播的吸收边界条件42

2.8 结论44

参考文献45

第3章 结构健康监测中的辅助探测概率模型51

3.1 引言51

3.2 探测概率52

3.3 POD的理论方面53

3.3.1 击中／脱靶分析53

3.3.2 信号响应分析55

3.3.3 置信区间56

3.3.4 误报率57

3.4 从POD到MAPOD57

3.5 SHM的POD58

3.6 考虑缺陷几何不确定性的SHM系统的MAPOD59

3.6.1 SHM系统59

3.6.2 仿真框架60

3.6.3 可靠性评估60

3.7 结论63

参考文献63

第4章 非线性声学66

4.1 引言66

4.2 理论背景67

4.2.1 接触声学的非线性69

4.2.2 非线性共振71

4.2.3 混频72

4.3 损伤探测方法和应用77

4.3.1 损伤探测非线性声学78

4.4 结论93

参考文献94

第5章 导波压电复合材料传感器97

5.1 引言97

5.2 导波压电传感器98

5.2.1 压电元件98

5.2.2 基于压电复合材料的传感器98

5.2.3 交叉指型传感器101

5.3 基于MFC的新型IDT-DS105

5.4 兰姆波生成压电复合材料传感器107

5.4.1 数值模拟107

5.4.2 实验验证109

5.4.3 数值模拟与实验结果109

5.4.4 讨论116

5.5 IDT-DS4的兰姆波传感特性117

5.5.1 数值模拟117

5.5.2 实验验证119

5.6 结论121

附录121

参考文献122

第6章 机电阻抗方法125

6.1 引言125

6.2 理论背景126

6.2.1 机电阻抗的定义126

6.2.2 测量技术127

6.2.3 损伤探测算法129

6.3 数值模拟129

6.3.1 基于有限元的机电阻抗建模方法130

6.3.2 不确定性和敏感性分析134

6.3.3 讨论137

6.4 先进SHM系统138

6.5 实验室测试140

6.5.1 板结构试验140

6.5.2 管道截面的状态监测144

6.5.3 讨论146

6.6 飞机结构应用验证147

6.6.1 主起落架舱螺栓联接的监测147

6.6.2 铆接机身面板监测152

6.6.3 讨论154

6.7 结论154

参考文献155

第7章 导波波束的形成157

7.1 引言157

7.2 理论158

7.2.1 合成孔径成像158

7.2.2 有效孔径概念162

7.2.3 成像方案164

7.2.4 自聚焦阵列166

7.3 数值结果168

7.3.1 有效孔径实例168

7.3.2 星形阵列成像170

7.3.3 DORT-CWT方法的数值验证174

7.4 实验结果176

7.4.1 实验装置176

7.4.2 传感阵列的实验评估176

7.4.3 有效孔径的实验评估178

7.4.4 使用合成孔径的损伤成像179

7.4.5 DORT-CWT方法的实验验证179

7.4.6 基于自聚焦发射阵列的损伤成像182

7.5 讨论183

7.6 结论184

参考文献185

第8章 模态滤波技术187

8.1 引言187

8.2 当前发展状况188

8.3 方法的制定192

8.4 方法的数值验证195

8.4.1 用于模拟的模型195

8.4.2 测试程序196

8.4.3 分析的结果197

8.4.4 基于模型的探测概率200

8.5 基于模态过滤的监测系统202

8.5.1 主要假设202

8.5.2 测量诊断装置203

8.5.3 模态分析和模态过滤软件204

8.6 实验室测试206

8.6.1 测试程序206

8.6.2 实验结果207

8.6.3 探测分析的概率212

8.7 操作测试214

8.8 结论217

参考文献218

第9章 振动红外热成像法219

9.1 引言219

9.2 热成像无损检测技术现状219

9.3 振动热成像检测系统的发展227

9.4 虚拟测试230

9.5 实验室测试235

9.6 现场测量237

9.7 概要和结论239

参考文献240

第10章 基于视觉的监测系统242

10.1 引言242

10.2 当前发展现状243

10.3 数字图像相关法的挠度测量244

10.4 图像配准和平面矫正247

10.5 自动特征检测和匹配249

10.5.1 基于挠度变形的损伤检测和定位250

10.6 软件工具开发252

10.7 方法的数值研究253

10.7.1 视觉测量系统的数值模型253

10.7.2 方法的不确定性研究253

10.7.3 基于概率模型的损伤探测260

10.8 方法的实验室研究263

10.8.1 实验室设置方法的测试264

10.8.2 实验室研究方法的探测概率264

10.8.3 开发方法的精度研究270

10.9 方法的关键研究和评价272

10.9.1 电车高架桥挠度监测272

10.10 结论275

参考文献275