Fiber metal laminates (FML) are composite structures consisting of metals and fiber reinforced plastics (FRP) which have experienced an increasing interest as the choice of materials in aerospace and automobile industries. Due to a sophisticated built up of the material, not only the design and production of such structures is challenging but also its damage detection. This research work focuses on damage identification in FML with guided ultrasonic waves (GUW) through an inverse approach based on the Bayesian paradigm. As the Bayesian inference approach involves multiple queries of the underlying system, a parameterized reduced-order model (ROM) is used to closely approximate the solution with considerably less computational cost. The signals measured by the embedded sensors and the ROM forecasts are employed for the localization and characterization of damage in FML. In this paper, a Markov Chain Monte-Carlo (MCMC) based Metropolis-Hastings (MH) algorithm and an Ensemble Kalman filtering (EnKF) technique are deployed to identify the damage. Numerical tests illustrate the approaches and the results are compared in regard to accuracy and efficiency. It is found that both methods are successful in multivariate characterization of the damage with a high accuracy and were also able to quantify their associated uncertainties. The EnKF distinguishes itself with the MCMC-MH algorithm in the matter of computational efficiency. In this application of identifying the damage, the EnKF is approximately thrice faster than the MCMC-MH.


翻译:摘要:纤维金属层压板(FML)是由金属和纤维增强塑料(FRP)组成的复合结构,在航空和汽车工业中越发受到青睐。由于材料的复杂性,不仅FML的设计和生产具有挑战性,而且其损伤检测也是一个难点。本研究侧重于通过贝叶斯逆方法在FML中使用引导超声波(GUW)进行损伤识别。由于贝叶斯推断方法涉及到基础系统的多个查询,因此采用参数化的降阶模型(ROM)来近似解决方案,并大大降低计算成本。嵌入式传感器测量的信号以及ROM预测用于定位和表征FML中的损伤。本文采用马尔可夫蒙特卡罗(MCMC)的Metropolis-Hastings(MH)算法和集合卡尔曼滤波(EnKF)技术来识别损伤。数值测试说明了方法,并对准确性和效率进行了比较。发现两种方法都能够高精度地进行损伤的多元特征化,并能够量化其相关不确定性。求数学应用中,EnKF在计算效率方面优于MCMC-MH算法。在这种识别损伤的应用中,EnKF约比MCMC-MH快三倍。

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