Structural health monitoring techniques (SHM) for material damage identification have demonstrated higher sensitivity and accuracy when relying on the assessment of nonlinear features exhibited in the material response under ultrasonic wave propagation. In this paper, a novel nonlinear ultrasonic SHM method is introduced for localisation of impact damage in composite laminates using an array of surface-bonded sensors. Unlike existing algorithms, this method enables quick selection of a suitable signal transmission frequency based on the combined sensor-material response, it does not rely on baseline data or complex measurements of signal arrival time, and it allows identification of malfunctioning sensors to minimise damage localisation errors. The proposed technique is based on the transmission and reception of ultrasonic waves through the inspected panel. Initially, the functionality of the transducers is inspected by comparing the signal amplitude in both directions of sensor-to-sensor paths. Then a planar map of material nonlinearity parameter β is created, and the damage position is defined as the point of highest β amplitude. Experimental tests on three CFRP panels confirmed successful positioning of barely visible impact damage (BVID) within a range of 4-22 mm. Sensor functionality check was demonstrated on one of the composite laminates, and a malfunctioning transducer was detected. The results suggested that the presented method could be considered an improved alternative to existing SHM techniques for localisation of BVID in composite panels.

中文翻译：

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使用稀疏压电 PZT 换能器阵列的复合板冲击损伤定位非线性超声 SHM 方法

用于材料损伤识别的结构健康监测技术 (SHM) 在依靠对超声波传播下材料响应中表现出的非线性特征的评估时表现出更高的灵敏度和准确性。在本文中，引入了一种新的非线性超声 SHM 方法，用于使用表面粘合传感器阵列定位复合材料层压板中的冲击损伤。与现有算法不同，这种方法可以根据传感器-材料的组合响应快速选择合适的信号传输频率，它不依赖于基线数据或信号到达时间的复杂测量，它允许识别故障传感器以最大限度地减少损坏定位错误。所提出的技术基于超声波通过被检查面板的传输和接收。最初，通过比较传感器到传感器路径的两个方向上的信号幅度来检查换能器的功能。然后创建材料非线性参数β的平面图，并将损伤位置定义为β幅值最高的点。在三个 CFRP 面板上进行的实验测试证实，几乎不可见的冲击损伤 (BVID) 成功定位在 4-22 毫米的范围内。在其中一个复合层压板上进行了传感器功能检查，并检测到了一个故障传感器。结果表明，所提出的方法可以被认为是现有 SHM 技术的改进替代方案，用于定位复合板中的 BVID。通过比较传感器到传感器路径的两个方向上的信号幅度来检查换能器的功能。然后创建材料非线性参数β的平面图，并将损伤位置定义为β幅值最高的点。在三个 CFRP 面板上进行的实验测试证实，几乎不可见的冲击损伤 (BVID) 成功定位在 4-22 毫米的范围内。在其中一个复合层压板上进行了传感器功能检查，并检测到了一个故障传感器。结果表明，所提出的方法可以被认为是现有 SHM 技术的改进替代方案，用于定位复合板中的 BVID。通过比较传感器到传感器路径的两个方向上的信号幅度来检查换能器的功能。然后创建材料非线性参数β的平面图，并将损伤位置定义为β幅值最高的点。在三个 CFRP 面板上进行的实验测试证实，几乎不可见的冲击损伤 (BVID) 成功定位在 4-22 毫米的范围内。在其中一个复合层压板上演示了传感器功能检查，并检测到了一个故障传感器。结果表明，所提出的方法可以被认为是现有 SHM 技术的改进替代方案，用于定位复合板中的 BVID。然后创建材料非线性参数β的平面图，并将损伤位置定义为β幅值最高的点。在三个 CFRP 面板上进行的实验测试证实，几乎不可见的冲击损伤 (BVID) 成功定位在 4-22 毫米的范围内。在其中一个复合层压板上进行了传感器功能检查，并检测到了一个故障传感器。结果表明，所提出的方法可以被认为是现有 SHM 技术的改进替代方案，用于定位复合板中的 BVID。然后创建材料非线性参数β的平面图，并将损伤位置定义为β幅值最高的点。在三个 CFRP 面板上进行的实验测试证实，几乎不可见的冲击损伤 (BVID) 成功定位在 4-22 毫米的范围内。在其中一个复合层压板上进行了传感器功能检查，并检测到了一个故障传感器。结果表明，所提出的方法可以被认为是现有 SHM 技术的改进替代方案，用于定位复合板中的 BVID。在其中一个复合层压板上进行了传感器功能检查，并检测到了一个故障传感器。结果表明，所提出的方法可以被认为是现有 SHM 技术的改进替代方案，用于定位复合板中的 BVID。在其中一个复合层压板上进行了传感器功能检查，并检测到了一个故障传感器。结果表明，所提出的方法可以被认为是现有 SHM 技术的改进替代方案，用于定位复合板中的 BVID。