课题基金 / 基金详情

超材料调控倏逝导波的结构损伤超分辨率成像方法

批准号:
62071205
项目类别:
面上项目
资助金额:
54.0 万元
负责人:
许伯强
依托单位:
学科分类:
探测与成像
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
许伯强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对既有导波成像方法成像分辨率无法突破二分之一波长这一瓶颈,本课题将开展基于超材料调控倏逝导波的板状结构损伤超分辨率成像方法研究。具体研究内容包括:研究特定损伤倏逝导波场的复杂特征,揭示多共振弹性超材料对倏逝导波所携带损伤亚波长信息的转化机制,获取超材料与损伤倏逝导波大波数匹配条件;优化设计具有异常色散特性的弹性波超材料,将损伤倏逝导波转换为含损伤亚波长信息的可传播导波;发展多损伤量化检测的DORT-MUSIC超分辨率成像算法,分离超材料形成的大波数导波中所含亚波长损伤散射信息,实现微小损伤以及损伤亚波长形貌的精细成像;构建板状结构损伤超分辨率成像检测平台开展相关实验验证研究。本课题预期将实现对金属板结构中微小裂纹损伤的成像分辨率提高一个数量级。最终形成的板结构微小损伤超分辨率成像检测新原理、新方法,将推动我国高端装备结构损伤检测/健康监测技术的发展,具有重要的科学意义和工程应用价值。
英文摘要
Aiming at the challenge that the imaging resolution of the existing guided wave-based imaging method cannot break through the half of wavelength, this project will conduct the research on the super-resolution imaging method in plate structures based on the controlling of evanescent guided waves (EGW) using metamaterials. Firstly, study the complex characteristics of the evanescent guide wave field induced by specific damages and reveal the regulation mechanism of EGW which includes the sub-wavelength information of damages. Thereby obtain the matching condition of wave number of EGW with that of metamaterials. Secondly, design and optimize the metamaterials to realize the specific dispersion characteristics, which can convert the EGW to propagation guided waves (PGW) that signature the sub-wavelength details of damages. Thirdly, develop a DORT-MUSIC imaging algorithm to separate the damage information of scattering waves and then realize the super-resolution imaging of sub-wavelength damages and damages with sub-wavelength morphology. Finally, set up the super-resolution imaging platform and carry out a series of designed experimental investigation. This project will form novel principles and methods of super-resolution imaging of micro-damage in plate structures, which is expected to improve the imaging resolution of one order. The research results will promote the development of structural damage detection/health monitoring technology for critical device in China, which has significant importance in science and engineering.
本项目围绕超材料调控倏逝导波的结构损伤超分辨率成像方法展开,旨在通过理论分析、数值模拟和实验验证,开发一种能够突破传统衍射极限的超分辨率成像技术,用于高精度结构健康监测和无损检测。主要研究内容及成果如下:.(1)理论研究:研究了板状结构中Lamb波的频散特性,提出了一种基于Bloch-Floquet理论和有限元特征频率法的频散曲线计算方法。该方法不仅克服了频散曲线混叠的问题,还能够准确获取各模式的真实波数信息,为后续的超分辨率成像提供了理论基础。.(2)超材料设计与实验验证:开发了一种周期性板柱结构的超材料,能够将亚波长损伤信息转换为可检测的传播波。通过数值模拟和实验验证,证明了该超材料在特定频率下能够实现倏逝波到传播波的转换,从而突破衍射极限,实现超分辨率成像。.(3)成像方法开发:提出了基于DORT-MUSIC的高分辨率成像方法,通过挖掘导波场中的大波数分量,显著提升了成像分辨率。该方法能够在考虑损伤间多散射效应的条件下,突破传统Born近似,实现高精度损伤定位与成像。.(4)传感器设计与应用:设计了一种新型三维电容式微机械超声换能器(3D-CMUT),能够同时检测超声导波的平面内和平面外位移。该传感器在微小区域(毫米量级)内实现了宽频、高灵敏传感,为多模态导波成像提供了新的技术手段。.(5)深度学习算法应用:结合深度学习算法,开发了针对板状结构损伤的高精度识别与成像方法。通过卷积神经网络(CNN)和反卷积神经网络,实现了对损伤位置、大小和形状的精确检测,检测精度达到99%。.本项目在理论和应用层面均取得了重要进展。理论方面,通过频散关系的拓展和超材料的设计,为超声导波的传播特性提供了更全面的理解。应用方面,开发的超分辨率成像技术和新型传感器为结构健康监测和无损检测提供了高精度、高灵敏度的技术手段,有望在航空航天、机械工程、土木工程等领域实现广泛应用,推动相关技术的创新发展。
设计基于机电阻抗的快速自适应健康监测系统
  • 批准号:
    11172114
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    74.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    许伯强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金