[發明專利]粘合接頭的結構健康監測的方法和系統

在審

• 申請號: 201810367594.8
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN108932359A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 莫哈瑪得雷扎·加漢賓;鄭-貝奧姆·因
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 梁麗超;田喜慶

提供了使用導波進行粘合接頭的結構健康監測的方法和系統。所述方法通過注入高頻超聲波信號并測量通過粘合劑傳播并通過粘合材料和粘合劑之間的界面引導和捕獲的超聲波的特性來確定兩種材料之間的粘合劑粘合的質量。在檢查實際的粘合結構之前，使用有限元模型模擬該結構。還模擬所引導的超聲波沿著粘合劑粘合線的傳播，以獲得界面波預測的特性。在實際結構的超聲波檢測過程中，獲得界面波測量的特性。通過比較實驗界面波測量的特性和模擬的界面波預測的特性來確定粘合劑粘合線的質量。

技術領域

本公開總體上涉及混合結構的結構健康監測，并且更具體地，涉及用于粘合接頭的結構健康監測的系統和方法。

背景技術

粘合結構用于在不同結構元件的表面之間創建負荷路徑。粘合劑粘合具有許多積極的屬性，使其成為一種有吸引力的組裝方法，特別是對于部分或完全由復合材料制成的結構。

混合結構是由具有不同材料特性的兩個部分制成的那些接頭。這種接頭通常在制造過程中共粘合或共固化。典型的混合結構具有一段金屬，另一段是復合層壓板。

期望提供用于監測混合結構中的粘合劑粘合的手段和方法。

發明內容

本文所述的系統和方法通過將被檢結構與模擬的未損壞的結構和/或模擬的損壞的結構進行比較來提供用于監測粘合劑粘合的結構健康的可重復且可靠的非破壞性技術。所公開的系統和方法采用導波。導波是由邊界引導的聲波。

更具體地，本文公開的主題涉及用于使用導波進行粘合劑粘合的結構健康監測的系統和方法。所述方法通過注入高頻(例如，5MHz或更高)超聲波信號并測量通過粘合劑傳播的超聲波的特性來確定兩種材料之間的粘合劑粘合的質量，通過粘合材料和粘合劑之間的界面捕獲和引導所述超聲波。在檢查實際的粘合結構之前，使用有限元模型模擬該結構。還模擬所引導的超聲波沿著粘合劑粘合線的傳播，以獲得界面波預測的特性。在實際結構的超聲波檢測過程中，獲得界面波測量的特性。通過比較實驗的界面波測量的特性和模擬的界面波預測的特性來確定粘合劑粘合線的質量。根據各種實施方式，所關注的特性可以包括以下波特性中的一個或多個：行進時間(即，速度)、幅度變化、相位變化和波能分布(即，耗散)的變化。

以下詳細公開的系統和方法使用數值模擬和建模來研究和可視化超聲波在各向同性、各向異性和混合介質中傳播的行為。這些建模技術的結果尤其關注非破壞性評估技術的開發以及超聲波發生器和超聲波傳感器在結構健康監測系統中的最佳位置。根據一些實施方式，數值模擬技術使用開源有限元分析(FEA)代碼、Abaqus Dynamic Explicit，其具有在各種結構中對不同損壞情況和故障模式進行建模的能力。

利用通過有限元建模的數值模擬的結構健康監測系統可以根據頻率、范圍、換能器類型和位置的調整，來降低與固定或便攜式無損檢測(NDT)工具和設備的校準相關的成本。本文公開的系統還可以通過模擬超聲波在金屬和復合材料中的傳播行為以及結構中的任何缺陷或損壞的不利影響來預測檢查的預期結果。該系統的一個益處是操作員或檢查員可以在調整工具和探究結構以進行檢查之前使用模擬結果并可視化檢查的預期結果。有限元建模也可以用于驗證和證明檢查方法，并最終能夠從基于時間表的維護概念變為基于條件的維護方法。

下面詳細公開的檢查方法基于使用界面導波(在下文中稱為“界面波”)來評估混合結構的粘合線處的損壞。具體地，所公開的檢查方法使用界面波來進行混合結構和層壓復合材料粘合評估。界面波在兩種材料的界面處具有良好的特性，例如，大位移和高能量。與通常通過介質的厚度傳播的其他超聲波波形相比，這些特性導致界面波在選定模式和頻率下對混合結構的界面損壞具有高敏感度。