[發(fā)明專利]基于耦合機電阻抗的復合材料機翼損傷定位方法

在審

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• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN105388190A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設計）人: 鐵瑛;李成;牛冬冬;陳功軒;鄭艷萍;趙華東;段玥晨
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

技術領域

本發(fā)明涉及復合材料結構無損檢測技術領域，尤其涉及一種基于耦合機電阻抗的復合材料機翼損傷定位方法。

背景技術

隨著對飛機性能指標要求的不斷提升，飛機使用的傳統(tǒng)材料已經(jīng)漸漸顯現(xiàn)出其局限性。復合材料具有比強度高、比剛度高、耐腐蝕、抗疲勞和隔熱隔音性能突出等特點，目前在不同用途的飛機上都得到大量使用。但復合材料飛機構件在制造和服役過程中容易產(chǎn)生脫粘、分層和裂紋等缺陷，為了滿足航空工業(yè)產(chǎn)品高質量、高可靠性、高性能和長壽命的要求，必須對復合材料飛機構件進行全方位檢測。復合材料構件裝機之后，由于其承受的壓力載荷大，疲勞程度高，發(fā)生損傷的可能性很大，需要經(jīng)常對復合材料構件進行檢測，而多數(shù)復合材料構件在裝機使用后，不便于拆卸和分解，因此必須要對其進行外場、原位檢測。

目前已有的復合材料飛機檢測方法存在不適應復雜檢測形狀、檢測的空間狹小、現(xiàn)場條件差、測試步驟繁瑣、后續(xù)數(shù)據(jù)處理過程復雜、干擾因素多、可重復性差和檢測效率低等不足，因而目前還只限于實驗室研究。

近年來，基于機電耦合阻抗的損傷檢測方法在民用傳統(tǒng)材料結構構件健康檢測中得到了廣泛應用。基于機電耦合阻抗的損傷檢測方法的特點和優(yōu)勢主要在于該方法檢測靈敏度高、信號采集及處理方便快捷，因此能夠更高效地評估損傷詳細狀況。然而，阻抗法掃描頻率越高，對損傷越敏感，檢測區(qū)域也相應變小，不利于損傷定位。同時，為準確對損傷進行檢測和定位，往往需要反復粘貼阻抗壓電片、出現(xiàn)粘結界面不均勻等問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于耦合機電阻抗的復合材料飛機機翼損傷定位方法，能夠對飛機機翼等構件內部裂紋和脫粘等損失情況進行檢測和定位。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種基于耦合機電阻抗的復合材料機翼損傷定位方法，包括以下步驟：

(1)、將9個壓電片組成的壓電片陣列粘貼在圓形的接觸片上，所述壓電片陣列包括以接觸片圓心為中心，在接觸片的水平方向和豎直方向上各均勻設置的4個壓電片以及設置在接觸片圓心的壓電片，進入步驟(2)；

(2)、將接觸片依次附著于待測結構的無損傷區(qū)域的n個測試點，按從左到右、從上到下的順序對接觸片上的壓電片陣列施加高頻電壓激勵，并依次接收壓電片陣列反饋的無損電導納信號，進入步驟(3)；

(3)選取步驟(2)中接收到的無損電導納信號的諧振幅值變化小于0.001S的頻帶作為檢測頻段，并確定無損傷信號電導納的隨機誤差分布作為基準數(shù)據(jù)，計算每個壓電片所得的n組無損電導納中任意兩組無損電導納之間的互相關系數(shù)其中，N為采樣點數(shù)；i為第i個采樣點，i＝1,2,3…N；X_i和Y_i為任意兩組測試的無損電導納值；為X_i的平均值；為Y_i的平均值；為X_i的標準差，為Y_i的標準差；進入步驟(4)；

(4)、計算步驟(3)中獲得的獲得9組，每組為個的互相關系數(shù)R的均值μ和均方差σ，設定損傷閥值TH＝μ-3σ，進入步驟(5)；

(5)、將接觸片附著于待測結構的第j個測試點，在步驟(3)確定的檢測頻段下，按從左到右的順序對接觸片上水平方向的壓電片施加高頻電壓激勵，并依次接受各壓電片反饋的電導納信號,其中j＝1,2,3…m，進入步驟(6)；

(6)、將接觸片上水平方向的各個壓電片的電導納信號與步驟(3)獲得的接觸片上任意一個壓電片反饋的無損傷電導納信號分別進行水平方向的互相關系數(shù)R_x的計算，若存在R_x小于損傷閥值TH，說明損傷存在，進入步驟(7)；若R_x均大于等于閥值TH，說明無損傷存在，繼續(xù)進行下一個測試點的測試，進入步驟(5)；

(7)、選取R_x值最小的壓電片和與其相臨的兩個壓電片進行損傷水平位置的計算，將R_x值最小的壓電片的電導納實部互相關系數(shù)以及與其相臨的兩個壓電片的電導納實部互相關系數(shù)代入公式得到三個方程，求解方程組得到損傷與壓電片之間的水平距離x，其中，q＝1,2,3,4,5，R_xq為水平方向上第q個壓電片的電導納實部互相關系數(shù)；L_xq為損傷與壓電片之間的距離；a和b為待定系數(shù)；p表示距離起標示作用；進入步驟(8)；

(8)、在步驟(3)確定的檢測頻段下，按從上到下的順序對接觸片上豎直方向的壓電片陣列施加高頻電壓激勵，并依次接受各壓電片反饋的電導納信號，進入步驟(9)；