基于非线性损伤系数与鲸鱼优化算法的分层碳纤维复合材料无基准超声导波损伤定位方法

《Aerospace》：Baseline-Free Damage Localization for Layered Composites Based on Nonlinear Damage Coefficient and Whale Optimization Algorithm

　　分层碳纤维复合材料因其高比强度，被广泛应用于航空航天领域的机翼、机身等关键承力部件。然而，这类材料在服役过程中容易产生分层、脱粘等隐蔽内部损伤，对航空器的运行安全和结构完整性构成严重威胁。传统用于分层复合材料超声导波检测的概率成像算法依赖于完好的基准信号，微小损伤特征易被噪声掩盖，导致成像收敛性弱、定位精度不理想。本文提出一种基于非线性损伤系数（NDC）的无基准损伤定位方法。该方法利用双幅值激励下的非线性散射响应构建能量归一化的NDC，并引入幂次调节因子以区分损伤特征与背景噪声，从而提升成像对比度。为克服人工参数选取的主观性，采用鲸鱼优化算法（WOA）对NDC幂指数α及概率成像形状因子ξ、η进行联合自适应优化。通过对具有中心单损伤、偏置单损伤和双损伤的碳纤维增强聚合物（CFRP）层板开展数值模拟与物理实验，验证了所提方法的有效性。实验结果表明，该方法无需基准信号即可识别单点及多点损伤位置。经WOA优化后，数值模拟案例中定位误差显著降低，成像伪影得到有效抑制；尤其在偏置损伤和双损伤情况下，相对定位误差保持在0.5%以内。在严格控制实验条件下验证，所提方法具有较高定位精度，为分层复合结构的无损检测与结构健康监测提供了可行的技术支撑。