應用案例

　　實驗名稱：復合材料沖擊損傷非線性振動聲調制檢測技術的試驗研究

　　研究方向：

　　復合材料因其密度低、比強度高等優越性能被廣泛應用于航空航天領域，在實際工程應用和服役過程中，意外沖擊及飛機飛行過程中受到外部飛行物撞擊時，會產生分層、纖維斷裂等基體內部損傷，會極大地降低復合材料的剩余強度與結構完整性。而由于沖擊速度較小及復合材料吸能的特點，這種損傷在復合材料表面目視幾乎并不明顯，但其內部損傷可能已經超過設計的損傷容限，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行有效檢測，近年來受到無損檢測領域的廣泛關注。

　　實驗內容：

　　振動聲調制技術是一種對微小缺陷有著較強靈敏度的非線性超聲無損檢測技術，通過同時向被檢結構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生改變并調制高頻超聲信號，通過分析調制邊頻與主頻的比例來判斷結構是否存在缺陷。此方法不受待測結構形狀限制，且具有設備要求低、檢測速度快、檢測靈敏度高于常規超聲檢測等優點，為復雜結構及大型結構的遠端的檢測提供了新思路基于以上特點，將非線性振動聲調制檢測技術應用于復合材料的低速沖擊損傷檢測，具有重要的研究意義。非線性振動聲調制技術需在試樣的模態頻率處進行低頻激勵才會產生較強的調制效應，故頻率選取會對檢測結果產生較大影響。

　　測試系統：

　　在非線性振動聲調制檢測中，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信號發生器激勵連續正弦信號，通過aigtekATA-2041高壓放大器加載到疊堆壓電陶瓷產生低頻振動，振動頻率選取各復合材料層板的模態頻率，幅值以10V為起始每次增加10V直至100V，形成穩定的振動場后使用Tiepiehandyscopehs5多功能測試儀發射連續高頻超聲信號，并由PZT壓電片接收調制信號。實驗系統如下圖所示。

 

　　結論：

　　本文使用非線性振動聲調制技術對含沖擊損傷復合材料層板進行檢測，對激勵信號的合理選取進

　　行了相應研究，主要結論如下：

　　（1）非線性振動聲調制技術通過高頻超聲與低頻振動在結構中的相互作用，會產生調制邊頻，通過調制系數ＭＩ判斷調制效應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，此技術能夠有效判別復合材料中是否存在沖擊損傷缺陷，且與超聲Ｃ掃描結果趨勢一致。

 

　　選取任意波形時試樣的調制系數

　　（2）試樣的調制系數隨電壓呈近似線性增長趨勢，不同振動模態下產生的調制效應各不相同，合理選取超聲頻率及振動模態將有利于區分缺陷，文中選擇特定超聲頻率、第５階振動模態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

　　（3）材料自身及試驗系統引入的非線性會對試驗結果產生影響，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行檢測與定量分析值得進一步探討與研究。

　　ATA-2041電壓放大器參數指標：   

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