復(fù)合材料層板沖擊損傷空氣耦合蘭姆波成像檢測方法研究.pdf

1、復(fù)合材料層板由于具有密度小、強度好、力學(xué)性能強等優(yōu)點，而被廣泛應(yīng)用于航天航空等重要領(lǐng)域。然而，由于復(fù)合材料層板的垂直方向抗沖擊性能較差，在役期間可能遭受來自冰雹、碎石、工具墜落等各種情況的沖擊。復(fù)合材料的沖擊損傷缺陷在表面目視檢查時并不明顯，但內(nèi)部損傷可能對材料強度和力學(xué)性能產(chǎn)生了較大的破壞，對飛行器整體結(jié)構(gòu)的安全性形成了嚴(yán)重的威脅。對大面積復(fù)合材料層板的在役檢測而言，空氣耦合超聲蘭姆波檢測方法以非接觸快速檢測、可單側(cè)面布置傳感器的特點

2、，在自動成像檢測上有著突出的優(yōu)勢。
　　本文首先基于薄板蘭姆波的基本理論，介紹了多層結(jié)構(gòu)各向異性材料頻散曲線計算推導(dǎo)過程。以飛機蒙皮結(jié)構(gòu)常采用的碳纖維復(fù)合材料層板作為研究對象，研究了相應(yīng)蘭姆波傳播的頻散關(guān)系曲線和板厚方向質(zhì)點振動位移分布，并分析了檢測頻率與入射角的之間的影響規(guī)律。結(jié)果表明，利用空氣耦合蘭姆波檢測該材料時，宜選用A0模態(tài)蘭姆波，0.4MHz的檢測頻率下，激發(fā)A0模態(tài)蘭姆波的理論入射角為11.5°。
　　其次，基

3、于時域有限差分?jǐn)?shù)值計算方法，建立了碳纖維復(fù)合層板的漏蘭姆波檢測模型。通過對模擬和實驗對比和分析了傳感器入射角、缺陷和材料各向異性對漏蘭姆波信號的影響。結(jié)果顯示，入射角處于11.0°至14.0°范圍內(nèi)，漏蘭姆波接收效率最佳，缺陷處的蘭姆波信號有著明顯的衰減，掃描檢測方法可判斷缺陷嚴(yán)重程度，沿試件水平方向傳播的蘭姆波的傳播速度和衰減規(guī)律基本呈各向同性。
　　再其次，采用焊縫TOFD相類似的掃描成像方法，對含沖擊損傷的實驗試件進行了蘭姆

4、波D掃（非平行掃查）成像檢測研究，引入了四種損傷指數(shù)DI(Damage Index)來表征復(fù)合材料層板的沖擊損傷，根據(jù)其分析方法特點分類為：時域損傷指數(shù)、頻域損傷指數(shù)、時頻域損傷指數(shù)、時間反轉(zhuǎn)損傷指數(shù)。以D掃檢測信號的時頻分析、時反處理等信息變換結(jié)果為基礎(chǔ)，計算得到了表征損傷的特征值DI。對比可知，四種損傷指數(shù)算法的數(shù)值范圍以及適用條件不同，但都能明顯得表征缺陷嚴(yán)重程度，其中時頻域損傷指數(shù)表征缺陷區(qū)域的效果最佳。
　　最后，基于概