[發明專利]一種復合板粘接層性能退化評估方法

有效

• 申請號: 202011520671.2
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112730613B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 李衛彬;江暢
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

一種復合板粘接層性能退化評估方法，屬于材料測試技術領域。在被測復合板的表面設置能激勵出超聲水平剪切導波的超聲激勵換能器以及能接收超聲導波的低頻超聲接收換能器，固定兩個換能器之間合理的距離；通過信號發生器及功率放大器調制出超聲脈沖周期數n的加漢寧窗的超聲脈沖信號輸入超聲激勵換能器，使用低通濾波器對接收的信號進行低通濾波，使用示波器觀察、提取處理后的信號；使用計算機對濾波后的波包信號進行寬度為τ的時域截斷，進行快速傅里葉變換，獲得該超聲水平剪切導波在被測復合板中傳播時產生的靜態蘭姆波信號的強度；對比測試完好試件中的檢測結果，評估出所測復合板的粘接層性能退化程度。敏感度高、檢測范圍大、效率高。

技術領域

本發明屬于材料測試技術領域，尤其是涉及利用非線性超聲波對材料性能進行非破壞性評估和表征的基于導波非線性靜態響應的一種復合板粘接層性能退化評估方法。

背景技術

超聲導波是目前超聲無損檢測和材料評估領域中發展較為迅速的研究熱點。相比于傳統超聲檢測中所采用的體波(縱波或橫波)檢測技術，其優勢主要為：在波導介質(如薄板、圓管等)中超聲波傳播的距離更遠，衰減更小，所歷經的材料區域更廣，檢測效率更高等等。此外，非線性超聲檢測利用含微觀缺陷材料對超聲波的非線性調制作用，可以使用較大波長的超聲波檢測較小的缺陷，與線性超聲檢測相比，具有檢測靈敏度更高的優勢，從而實現材料的早期微觀損傷檢測和材料性能評估。然而，目前使用超聲導波進行材料的非線性超聲檢測還具有相當的困難。困難之一在于，板中的超聲導波中，絕大部分的導波模態都具有頻散的特性：基波的頻率變化時，其相速度和群速度皆有變化；因此，使用導波進行無損檢測時，往往在超聲信號激勵和信號分析時需要更復雜的預處理和后處理過程。困難之二在于，目前絕大部分的非線性導波檢測都采用單一的超聲激勵源，當基波在介質中傳播時，會產生二次諧波乃至三次諧波，利用二次諧波或三次諧波的生成強度變化可以對材料進行微損傷檢測和性能評估；然而這種利用導波二次諧波的產生來進行非線性超聲檢測的方法，往往需要其二次諧波的相速度和基頻導波的相速度相等，即相匹配條件(或同步條件)。在這種條件下，能實現非線性導波無損檢測的導波模態對并不多，無法滿足一些特定的檢測場合。

當前，復合材料在交通運輸、土木工程、航空航天等領域獲得越來越多的應用。針對復合材料板的粘接層性能退化的無損檢測問題，超聲水平剪切導波具有一定的檢測優勢。一方面，水平剪切導波在介質中傳播時主要為面內位移，因此受到面外介質的干擾較少，獲得的檢測信號信噪比相對較高；另一方面，水平剪切導波的非線性效應對粘接層中的微小缺陷較為敏感，有利于粘接層的性能退化評估。然而，基于前述的導波頻散特點和模態選擇難點，目前利用水平剪切導波的二次諧波或三次諧波生成的檢測方式還有局限，難以實現靈活的、高敏感度的復合板粘接層性能退化的檢測和評估。

發明內容

本發明的目的在于針對逐點式超聲檢測的效率低下、超聲導波模態選擇和分析難等問題，提供一種敏感度高、檢測范圍大、效率高、靈活的基于導波非線性靜態響應的一種復合板粘接層性能退化評估方法。

本發明包括以下步驟：

1)在被測復合板的表面設置能激勵出超聲水平剪切導波的超聲激勵換能器以及能接收超聲導波的低頻超聲接收換能器，固定超聲激勵換能器、低頻超聲接收換能器之間合理的距離d；

2)通過信號發生器及功率放大器調制出超聲脈沖周期數n的加漢寧窗的超聲脈沖信號輸入至超聲激勵換能器中，使用低通濾波器對換能器接收的信號進行低通濾波，并使用示波器觀察、提取處理后的信號；

3)使用計算機對濾波后的波包信號進行寬度為τ的時域截斷，對其進行快速傅里葉變換，獲得該超聲水平剪切導波在被測復合板中傳播時產生的靜態蘭姆波信號的強度；

4)對比測試完好試件中的檢測結果，評估出所測復合板的粘接層性能退化程度。

在步驟1)和2)中，所述合理的距離d與超聲脈沖周期數n需滿足以下關系式：