實(shí)驗(yàn)名稱：復(fù)合材料沖擊損傷非線性振動聲調(diào)制檢測技術(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)用和服役過程中，意外沖擊及飛機(jī)飛行過程中受到外部飛行物撞擊時，會產(chǎn)生分層、纖維斷裂等基體內(nèi)部損傷，會極大地降低復(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)超過設(shè)計的損傷容限，這種損傷被稱為幾乎不可見的沖擊損傷如何對目視不可見的沖擊損傷進(jìn)行有效檢測，近年來受到無損檢測領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

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

　　測試系統(tǒng)：

　　在非線性振動聲調(diào)制檢測中，需在試件激勵高頻超聲信號與低頻振動信號。使用安捷倫33220A信號發(fā)生器激勵連續(xù)正弦信號，通過aigtekATA-2041高壓放大器加載到疊堆壓電陶瓷產(chǎn)生低頻振動，振動頻率選取各復(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)定的振動場后使用Tiepiehandyscopehs5多功能測試儀發(fā)射連續(xù)高頻超聲信號，并由PZT壓電片接收調(diào)制信號。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如下圖所示。

 

　　結(jié)論：

　　本文使用非線性振動聲調(diào)制技術(shù)對含沖擊損傷復(fù)合材料層板進(jìn)行檢測，對激勵信號的合理選取進(jìn)

　　行了相應(yīng)研究，主要結(jié)論如下：

　?。?/span>1）非線性振動聲調(diào)制技術(shù)通過高頻超聲與低頻振動在結(jié)構(gòu)中的相互作用，會產(chǎn)生調(diào)制邊頻，通過調(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。通過合理選取激勵頻率與幅值，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)果趨勢一致。

 

　　選取任意波形時試樣的調(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趨勢，不同振動模態(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階振動模態(tài)及較小的低頻激勵幅值即可較易分辨缺陷試樣。

 

　　各樣式判定系數(shù)

　?。?/span>3）材料自身及試驗(yàn)系統(tǒng)引入的非線性會對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，如何將其影響降至最小以及如何對各層板間的損傷大小進(jìn)行檢測與定量分析值得進(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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