[發明專利]基于公共外切圓的復合材料橢圓損傷定位檢測方法

有效

• 申請號: 201810467444.4
• 申請日: 2018-05-16
• 公開（公告）號: CN108918668B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 李成;鄭艷萍;宋成杰;趙江銘;鐵瑛;趙華東;侯玉亮;段玥晨;夏小松;趙竹君
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

基于公共外切圓的復合材料橢圓損傷定位檢測方法，該檢測方法采用的檢測設備包括由四個壓電式傳感器構成的一個正方形監測區域，并在中心位置設置單個壓電式傳感器作為激勵壓電片，其余四個壓電式傳感器作為接收壓電片，通過該損傷定位檢測方法進行檢測。該發明采用正方形監測區域與激勵壓電片組合的形式，并利用公共外切圓與橢圓定位相結合，依據損傷交點坐標，以最小二乘法進行公共外切圓擬合，根據公共外切擬合圓的圓心坐標及直徑大小信息即可確定損傷位置和損傷程度，彌補了傳統橢圓定位法只能單純進行定位，無法進行損傷程度評估的缺點，為損傷程度的判斷提供了一種簡單快捷的方法。

技術領域

本發明屬于無損檢測技術領域，具體地，尤其涉及一種基于公共外切圓的復合材料橢圓損傷定位檢測方法。

背景技術

Lamb波是在具有自由邊界的固體板或層狀結構中傳輸的一種彈性導波，由于其本身的傳播特性，如沿傳播路徑衰減小，能量損失小，傳輸距離遠等，成為現行無損檢測領域研究的重要手段。復合材料由于其具有比強度高、比剛度高、耐腐蝕、抗疲勞等特點，目前在航空航天領域的飛行器得到大量使用。但復合材料飛機構件在制造和服役過程中極易產生分層和裂紋等內部微小缺陷，為了滿足航空工業產品高質量、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。對于由碳纖維增強樹脂基復合材料制造的航空航天結構，Lamb波的應用較為普遍。

傳統的損傷檢測方法如橢圓定位技術主要根據損傷特征信號構成橢圓，并通過曲線交點的方式進行結構損傷的定位，其定位精度與傳感器數量和信號處理精度成正比，并且該方法只是單純的定位，隨著實際工程對技術要求的不斷提高，對損傷程度的定量評估技術進行研究勢在必行。

發明內容

本發明的目的是為了實現對復合材料損傷進行定位以及損傷程度評估，提高定位精度，提出一種基于公共外切圓的復合材料橢圓定位檢測方法。

為了實現上述目的，本發明提供的技術方案為：

基于公共外切圓的復合材料橢圓損傷定位檢測方法，該檢測方法采用的檢測設備包括由四個壓電式傳感器構成的一個正方形監測區域，并在中心位置設置單個壓電式傳感器作為激勵壓電片，其余四個壓電式傳感器作為接收壓電片；該損傷定位檢測方法包括以下步驟：

1)以待檢測的復合材料板的中心為原點，建立直角坐標系，激勵壓電片位于原點，四個接收壓電片構成監測區域，中心位置與原點重合，各壓電片的中心坐標記錄為(x_i,y_i)，其中i為各壓電片的編號，激勵壓電片的標號記為0，接收壓電片的標記號分別為1、2、3、4；

2)測試時，對激勵壓電片施加信號激勵，首先在復合材料板無損健康狀態下，依次采集并收集各接收壓電片反饋的信號，記錄為隨后在復合材料板損傷狀態下，依次采集并收集各接收壓電片反饋的信號，記錄為且復合材料板損傷前后，其他測試條件不變，其中，對激勵壓電片施加的激勵信號u(t)為：

u(t)＝A[H(t)-H(t-n/f_c)](1-cos(2πf_ct/n))sin2πf_ct

其中，H(t)為Heaviside階梯函數，

A為信號的幅度調制，

f_c為信號中心頻率，

n為信號波峰個數；

3)對各接收壓電片采集到的健康信號和損傷信號進行差信號分析；

4)找出差信號中的損傷特征信號和信號直達波，根據信號包絡找出其對應的時間，分別記為T_i(i＝1，2，3，4)，T_j(i＝1，2，3，4)可以得到信號在兩條路徑：激勵壓電片→損傷位置→接收壓電片、激勵壓電片→接收壓電片中傳播的時間差Δt＝T_i-T_j；