應(yīng)用案例

　　實(shí)驗(yàn)名稱：復(fù)合材料沖擊損傷非線性振動(dòng)聲調(diào)制檢測(cè)技術(shù)的試驗(yàn)研究

　　研究方向：

　　復(fù)合材料因其密度低、比強(qiáng)度高等優(yōu)越性能被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，在實(shí)際工程應(yīng)用和服役過(guò)程中，意外沖擊及飛機(jī)飛行過(guò)程中受到外部飛行物撞擊時(shí)，會(huì)產(chǎn)生分層、纖維斷裂等基體內(nèi)部損傷，會(huì)極大地降低復(fù)合材料的剩余強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)完整性。而由于沖擊速度較小及復(fù)合材料吸能的特點(diǎn)，這種損傷在復(fù)合材料表面目視幾乎并不明顯，但其內(nèi)部損傷可能已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)的損傷容限，這種損傷被稱為幾乎不可見(jiàn)的沖擊損傷如何對(duì)目視不可見(jiàn)的沖擊損傷進(jìn)行有效檢測(cè)，近年來(lái)受到無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

　　振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)是一種對(duì)微小缺陷有著較強(qiáng)靈敏度的非線性超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)同時(shí)向被檢結(jié)構(gòu)輸入大振幅低頻信號(hào)（通常來(lái)自沖擊力錘、激振器、疊堆式壓電陶瓷等）與高頻超聲信號(hào)（通常來(lái)自壓電晶片），并使用壓電晶片或激光測(cè)振儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。若試樣中存在缺陷，低頻振動(dòng)會(huì)使缺陷的接觸狀況發(fā)生改變并調(diào)制高頻超聲信號(hào)，通過(guò)分析調(diào)制邊頻與主頻的比例來(lái)判斷結(jié)構(gòu)是否存在缺陷。此方法不受待測(cè)結(jié)構(gòu)形狀限制，且具有設(shè)備要求低、檢測(cè)速度快、檢測(cè)靈敏度高于常規(guī)超聲檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)及大型結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)端的檢測(cè)提供了新思路基于以上特點(diǎn)，將非線性振動(dòng)聲調(diào)制檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料的低速?zèng)_擊損傷檢測(cè)，具有重要的研究意義。非線性振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)需在試樣的模態(tài)頻率處進(jìn)行低頻激勵(lì)才會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的調(diào)制效應(yīng)，故頻率選取會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

　　測(cè)試系統(tǒng)：

　　在非線性振動(dòng)聲調(diào)制檢測(cè)中，需在試件激勵(lì)高頻超聲信號(hào)與低頻振動(dòng)信號(hào)。使用安捷倫33220A信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)連續(xù)正弦信號(hào)，通過(guò)aigtekATA-2041高壓放大器加載到疊堆壓電陶瓷產(chǎn)生低頻振動(dòng)，振動(dòng)頻率選取各復(fù)合材料層板的模態(tài)頻率，幅值以10V為起始每次增加10V直至100V，形成穩(wěn)定的振動(dòng)場(chǎng)后使用Tiepiehandyscopehs5多功能測(cè)試儀發(fā)射連續(xù)高頻超聲信號(hào)，并由PZT壓電片接收調(diào)制信號(hào)。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如下圖所示。

 

　　結(jié)論：

　　本文使用非線性振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)對(duì)含沖擊損傷復(fù)合材料層板進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)激勵(lì)信號(hào)的合理選取進(jìn)

　　行了相應(yīng)研究，主要結(jié)論如下：

　　（1）非線性振動(dòng)聲調(diào)制技術(shù)通過(guò)高頻超聲與低頻振動(dòng)在結(jié)構(gòu)中的相互作用，會(huì)產(chǎn)生調(diào)制邊頻，通過(guò)調(diào)制系數(shù)ＭＩ判斷調(diào)制效應(yīng)的大小以判斷試樣是否存在缺陷。通過(guò)合理選取激勵(lì)頻率與幅值，此技術(shù)能夠有效判別復(fù)合材料中是否存在沖擊損傷缺陷，且與超聲Ｃ掃描結(jié)果趨勢(shì)一致。

 

　　選取任意波形時(shí)試樣的調(diào)制系數(shù)

　?。?/span>2）試樣的調(diào)制系數(shù)隨電壓呈近似線性增長(zhǎng)趨勢(shì)，不同振動(dòng)模態(tài)下產(chǎn)生的調(diào)制效應(yīng)各不相同，合理選取超聲頻率及振動(dòng)模態(tài)將有利于區(qū)分缺陷，文中選擇特定超聲頻率、第５階振動(dòng)模態(tài)及較小的低頻激勵(lì)幅值即可較易分辨缺陷試樣。

 

　　各樣式判定系數(shù)

　　（3）材料自身及試驗(yàn)系統(tǒng)引入的非線性會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，如何將其影響降至最小以及如何對(duì)各層板間的損傷大小進(jìn)行檢測(cè)與定量分析值得進(jìn)一步探討與研究。

　　ATA-2041電壓放大器參數(shù)指標(biāo)：   

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