应用案例

　　实验名称：复合材料冲击损伤非线性振动声调制检测技术的试验研究

　　研究方向：

　　复合材料因其密度低、比强度高等优越性能被广泛应用于航空航天领域，在实际工程应用和服役过程中，意外冲击及飞机飞行过程中受到外部飞行物撞击时，会产生分层、纤维断裂等基体内部损伤，会极大地降低复合材料的剩余强度与结构完整性。而由于冲击速度较小及复合材料吸能的特点，这种损伤在复合材料表面目视几乎并不明显，但其内部损伤可能已经超过设计的损伤容限，这种损伤被称为几乎不可见的冲击损伤如何对目视不可见的冲击损伤进行有效检测，近年来受到无损检测领域的广泛关注。

　　实验内容：

　　振动声调制技术是一种对微小缺陷有着较强灵敏度的非线性超声无损检测技术，通过同时向被检结构输入大振幅低频信号（通常来自冲击力锤、激振器、叠堆式压电陶瓷等）与高频超声信号（通常来自压电晶片），并使用压电晶片或激光测振仪对信号进行采集。若试样中存在缺陷，低频振动会使缺陷的接触状况发生改变并调制高频超声信号，通过分析调制边频与主频的比例来判断结构是否存在缺陷。此方法不受待测结构形状限制，且具有设备要求低、检测速度快、检测灵敏度高于常规超声检测等优点，为复杂结构及大型结构的远端的检测提供了新思路基于以上特点，将非线性振动声调制检测技术应用于复合材料的低速冲击损伤检测，具有重要的研究意义。非线性振动声调制技术需在试样的模态频率处进行低频激励才会产生较强的调制效应，故频率选取会对检测结果产生较大影响。

　　测试系统：

　　在非线性振动声调制检测中，需在试件激励高频超声信号与低频振动信号。使用安捷伦33220A信号发生器激励连续正弦信号，通过aigtekATA-2041高压放大器加载到叠堆压电陶瓷产生低频振动，振动频率选取各复合材料层板的模态频率，幅值以10V为起始每次增加10V直至100V，形成稳定的振动场后使用Tiepiehandyscopehs5多功能测试仪发射连续高频超声信号，并由PZT压电片接收调制信号。实验系统如下图所示。

 

　　结论：

　　本文使用非线性振动声调制技术对含冲击损伤复合材料层板进行检测，对激励信号的合理选取进

　　行了相应研究，主要结论如下：

　　（1）非线性振动声调制技术通过高频超声与低频振动在结构中的相互作用，会产生调制边频，通过调制系数ＭＩ判断调制效应的大小以判断试样是否存在缺陷。通过合理选取激励频率与幅值，此技术能够有效判别复合材料中是否存在冲击损伤缺陷，且与超声Ｃ扫描结果趋势一致。

 

　　选取任意波形时试样的调制系数

　　（2）试样的调制系数随电压呈近似线性增长趋势，不同振动模态下产生的调制效应各不相同，合理选取超声频率及振动模态将有利于区分缺陷，文中选择特定超声频率、第５阶振动模态及较小的低频激励幅值即可较易分辨缺陷试样。

 

　　各样式判定系数

　　（3）材料自身及试验系统引入的非线性会对试验结果产生影响，如何将其影响降至最小以及如何对各层板间的损伤大小进行检测与定量分析值得进一步探讨与研究。

　　ATA-2041电压放大器参数指标：   

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