基于能量图谱和孪生网络的导波损伤诊断方法
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TH878

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中国飞机强度研究所创新基金资助项目(BYST?CKKJ?20?027)


Guided⁃Wave Based Damage Diagnosing Method with Energy Spectrum and Siamese Network
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    摘要:

    由于导波损伤诊断方法在碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)损伤监测领域的结构不确定性和专家经验缺乏,提出了一种基于能量图谱和孪生卷积神经网络(convolutional neural networks,简称CNN)的导波损伤识别和定位方法。以导波监测网络的能量图谱作为模型的学习样本,消除样本标签质量对专家水平的严重依赖,同时为深度学习模型提供丰富的有效信息。设计了权值共享的孪生网络以避免模型参数过多导致的过拟合现象,并利用CNN和长短记忆网络自动挖掘导波信号的高层特征。此外,对深度学习模型提取的特征进行可视化分析并讨论其物理意义,为解释神经网络的工作原理提供基础。实验结果表明,该方法在考虑结构不确定性的情况下,损伤识别和损伤定位的准确率分别达到88%和85%,相较于基于专家经验的传统方法优势明显。

    Abstract:

    Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) has been widely used in the primary structures of aircraft. Guided-wave-based damage diagnosis has a good prospect in the field of CFRP damage monitoring, but it is confined by structural uncertainty and expertise dependence. An innovative strategy incorporating energy spectrum and siamese convolutional neural network (CNN) is proposed. The method of energy spectrum can not only eliminate the high dependence of expertise, but also collect richer information for the deep learning model. The CNN can effectively reduce the quantity of model parameters and consequently alleviate the phenomenon of over-fitting. The accuracy of damage recognition and localization achieve 88% and 85%, respectively. Furthermore, no personal expertise is involved through the entire process, thus the capability of damage recognition can be more robust.

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  • 在线发布日期: 2021-03-03
  • 出版日期: 2021-02-28
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