[發(fā)明專利]一種飛機板孔連接結構疲勞損傷的動態(tài)實時監(jiān)控方法

有效

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• 申請日: 2014-12-03
• 公開（公告）號: CN105651857B
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉秀麗;董登科;張海英;姜躍進
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明屬于一種結構疲勞損傷監(jiān)控方法，涉及一種動態(tài)的、實時的疲勞損傷監(jiān)控方法。該監(jiān)控方法是利用A型超聲波對飛機連接結構進行疲勞損傷動態(tài)、實時監(jiān)控方法。利用該發(fā)明不僅可對飛機連接結構進行準確的靜態(tài)損傷檢測，而且可對飛機連接結構進行有效的疲勞損傷動態(tài)、實時監(jiān)控。工程實際證明該方法是切實可行。飛機連接結構是指螺栓連接和鉚釘連接的平板飛機結構。

技術領域

本發(fā)明屬于一種飛機連接結構疲勞損傷監(jiān)控方法，特別是涉及一種“動態(tài)、實時”疲勞損傷的監(jiān)控方法，該方法通過對A行超聲波傳感器進行選波、選頻、選角度等試驗，使之適用于飛機板孔連接結構，如常用螺接、鉚接板件結構的疲勞損傷動態(tài)、實時監(jiān)控。

背景技術

一般來說飛機結構大多采用鉚釘或螺栓連接，因此這些連接孔也就成了主要的疲勞裂紋源，一旦這些疲勞細節(jié)(孔)在飛機服役過程中出現(xiàn)裂紋，就會對飛機安全運行造成很大威脅，因此，迫切需要對這些結構細節(jié)損傷進行實時、動態(tài)監(jiān)控，以便掌控損傷出現(xiàn)的時間及大小，及時采取應對措施，避免損傷達到臨界尺寸造成災難性破壞。

一般來說飛機結構損傷檢測多在靜態(tài)(停止運行、停止試驗)進行，關于動態(tài)損傷監(jiān)控技術，目前此方面具有代表性方法為光纖裂紋檢測法(見圖1)及聲發(fā)射檢測法(見圖2)等。光纖裂紋檢測法在結構監(jiān)測中需要知道缺陷(裂紋出現(xiàn))確切位置及走向，光纖需垂直于裂紋方向粘貼，否則需要光纖全部貼滿整個構件表面，不適合復雜連接結構的動態(tài)損傷監(jiān)測，而聲發(fā)射法需要了解構件受力的原始資料，且排除噪音問題仍是不易解決的難題。因此說，以上兩種方法使用上都有一定限制，人為因素影響大(與人經(jīng)驗有關)，而本專利提供的A型超聲波動態(tài)、實時監(jiān)控方法，對監(jiān)控連接件孔邊一窄條帶狀區(qū)域定向收、發(fā)、脈沖波信號，通過觀察回波信號位置確定具體損傷位置，不接收噪音信號(與聲發(fā)射法比的優(yōu)點)，一個傳感器可監(jiān)控到200mm-300mm長、一個晶片尺寸寬的一條帶狀區(qū)域(不需要向光纖檢測法布滿整個構件表面)，且可準確定位，給現(xiàn)場應用帶來很大可能性。試驗(使用)過程中隨時發(fā)現(xiàn)缺陷，可以使缺陷及時得以修復，就能保證結構運行(試驗)安全性，同時也保證試驗數(shù)據(jù)的有效性、可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：是提供一種試驗現(xiàn)場或使用過程中可行的飛機連接結構疲勞損傷的動態(tài)、實時監(jiān)控方法。

本發(fā)明的技術方案：第一步確定傳感器

該傳感器為可調(diào)頻超聲波傳感器；

對傳感器波形的選擇：傳感器發(fā)出的超聲波能夠在飛機的板件結構中橫向或鋸齒形傳播。A型超聲波分縱波、橫波、表面波等，相應的傳感器也分為多種，從橫波檢測原理圖(圖3)可看出，斜探頭(傳感器晶片傾斜一定角度)超聲波發(fā)射具有一定的傾斜角，且橫波可在板狀試件內(nèi)鋸齒形傳播，因此可以用橫波斜探頭來檢查板件孔邊裂紋。因橫波可以據(jù)齒形傳播，所以對螺帽下、孔上下面均可檢測，可用一次波檢測下表面裂紋，二次波檢測上表面裂紋。表面波僅對表面缺陷敏感。本專利采取板波(在板中傳播的彈性波)來進行裂紋的監(jiān)控。。

對傳感器頻率的選擇：要求使得激勵脈沖持續(xù)時間長些，經(jīng)過試驗，本專利選探頭頻率為4.5～5.5MHz，其中5MHz效果最好。

對傳感器晶片尺寸的選擇：為了易于激起板波，晶片尺寸應大些，但探頭尺寸又受試件結構尺寸的限制，綜合考慮本專利選直徑為φ13.5～14.5mm，其中優(yōu)選為φ14mm。

對傳感器入射角的選擇：在使用透聲斜楔以橫波入射法在板中激發(fā)板波時，為得到較強的發(fā)射，傳感器的入射角α可由下式確定：

C_l——透聲斜楔中橫波傳播速度；

C_P——在板材中所激起的板波的傳播速度模式。