Damage detection in active-sensing, guided-waves-based Structural Health Monitoring (SHM) has evolved through multiple eras of development during the past decades. Nevertheless, there still exists a number of challenges facing the current state-of-the-art approaches, both in the industry as well as in research and development, including low damage sensitivity, lack of robustness to uncertainties, need for user-defined thresholds, and non-uniform response across a sensor network. In this work, a novel statistical framework is proposed for active-sensing SHM based on the use of ultrasonic guided waves. This framework is based on stochastic non-parametric time series models and their corresponding statistical properties in order to readily provide healthy confidence bounds and enable accurate and robust damage detection via the use of appropriate statistical decision making tests. Three such methods and corresponding statistical quantities (test statistics) along with decision making schemes are formulated and experimentally assessed via the use of three coupons with different levels of complexity: an Al plate with a growing notch, a Carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) plate with added weights to simulate local damages, and the CFRP panel used in the Open Guided Waves project [1], all fitted with piezoelectric transducers and a pitch-catch configuration. The performance of the proposed methods is compared to that of state-of-the-art time-domain damage indices (DIs). The results demonstrate the increased sensitivity and robustness of the proposed methods, with better tracking capability of damage evolution compared to conventional approaches, even for damage-non-intersecting actuator-sensor paths. Overall, the proposed statistical methods exhibit greater damage sensitivity across different components, with enhanced robustness to uncertainty, as well as user-friendly application.


翻译:在过去几十年中,在活跃的遥感、以导波为基础的结构健康监测(SHM)中发现损害的探测过程经历了多个发展时代,然而,在工业以及研究与开发方面,目前最先进的方法仍面临一些挑战,包括损害敏感度低、缺乏对不确定性的稳健度、用户定义阈值的必要性、以及传感器网络的不统一反应。在这项工作中,根据超声波导波的使用,为活跃的SHM提出了一个新的统计框架。这一框架基于不透视非对称时间序列模型及其相应的统计特性,以便随时提供健康的信任圈,并通过使用适当的统计决策测试来准确和有力地探测损害。三种此类方法和相应的统计数量(测试数据)连同决策计划一起进行制定和实验性评估,使用三个复杂程度不同的超强的超声波:一个有增高音量的Al板、碳纤维强化塑料板(CFRP)板,其重量增加以模拟当地破坏力的不均匀时间序列模型及其相应的统计特性,而拟议中的CFRPDRB小组则以更强的升级的升级的方法,将所有振动的振动的振动式平动式平动式平动式平动式平动式方法用于平压的平动的平动的平动的平动式平动式平动式平动式平动式平动式平动式平动式平动式平压的动作的动作的动作的动作。

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