[發明專利]一種基于梯形陣列的非線性導波復合材料損傷定位方法

有效

• 申請號: 202110642883.6
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113390967B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 王強;馮瑤
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/12;G01N29/24;G01N29/44
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 孫永生

本發明公開了一種基于梯形陣列的非線性導波復合材料損傷定位方法，屬于損傷監測技術領域，包括以下步驟：在結構上布置傳感器陣列；選擇最佳激勵頻率；利用頻譜獲取信號的基波與二次諧波幅值；計算損傷前后各條路徑的非線性特征參數；根據損傷前后非線性特征參數的變化，對復合材料的損傷進行二維定位。本發明所提出的監測方法運用梯形傳感器陣列，采集損傷前后各條路徑的信號，根據其非線性特征參數的變化對結構上的損傷進行定位，且不受結構件本身結構及材料的影響，滿足人們對于各種復雜情況進行監測的需求，便于監測后及時采取補救措施，以防止材料進一步惡化，并降低由此引發的事故風險。

技術領域

本發明涉及一種基于梯形陣列的非線性導波復合材料損傷定位方法，屬于技術領域。

背景技術

隨著航空航天、機械制造、建筑等領域的發展，復合材料已經被廣泛應用于各行各業。雖然復合材料具有強度剛度大，耐疲勞性好和設計靈活等諸多優點，但由于其對外來物體沖擊的敏感性，在使用不當或惡劣的環境中，復合材料可能會遭受各種形式的不可見或難以識別的損傷，如低速沖擊、制造或維修過程中工具掉落，可能會導致復合材料出現外表不可見的沖擊損傷。這些都要求對復合材料中的損傷具有準確的認識，并及時采取補救措施，以防止材料進一步惡化，并降低由此引發的事故風險。

傳統的線性Lamb波監測技術是利用Lamb波遇到損傷時發生的反射、散射和對傳播過程中能量的吸收等線性特征來檢測損傷的，對于檢測介質具有明顯的聲抗差別的、大的(與波長相比)體積型缺陷和具有開放式裂紋的缺陷敏感，能夠解決常規問題。隨著各種新型材料的發現和運用，人們對于結構中的微小損傷關注日益加大，各種工程也進而提高了對監測技術的要求，微裂紋/微缺陷的檢測、復雜形狀零件的監測、大型結構遠程監測等各種需求不斷產生，傳統的線性Lamb波監測技術由于原理限制，已經不能滿足人們對于監測的要求。因而，迫切需要尋找其他監測技術來對損傷進行定位，以便及時消除安全隱患。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域普通技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于梯形陣列的非線性導波復合材料損傷定位方法，運用梯形傳感器陣列，采集損傷前后各條路徑的信號，根據其非線性特征參數的變化對結構上的損傷進行定位，且不受結構件本身結構及材料的影響。

為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

本發明提供了一種基于梯形陣列的非線性導波復合材料損傷定位方法，包括如下步驟：

步驟1：獲取試件，在試件結構上布置一組壓電片組成梯形激勵/傳感陣列；

步驟2：選擇最佳激勵頻率；

步驟3：從梯形激勵/傳感陣列路徑的交叉點中隨機選取一個位置進行裂紋加工，模擬損傷的發生，采集損傷前后各條路徑的信號，并利用頻譜獲取信號的基波幅值和二次諧波幅值；

步驟4：計算損傷前后各條路徑上的非線性特征參數；

步驟5：根據各條路徑上非線性特征參數的變化對結構上的損傷位置進行確定。

進一步的，所述步驟1，包括以下步驟：

步驟1.1：在所述結構上選擇一片區域作為待測區域；

步驟1.2：選擇多個壓電片，將其粘貼在結構表面的待測區域內，布置方式采用梯形布置法。

進一步的，所述步驟2，包括以下步驟：

步驟2.1：由于Lamb波在低頻范圍內只存在S0模式和A0模式，不同的激勵頻率可激發出不同的Lamb模式，通過計算機上的Labview軟件激發出窄帶正弦調制信號，其激勵頻率由高到低，以一定的頻率為間隔頻率，記錄不同頻率下的傳感信號S0模式和A0模式直達波的幅值；