復(fù)合材料層板沖擊損傷空氣耦合蘭姆波成像檢測(cè)方法研究.pdf

1、復(fù)合材料層板由于具有密度小、強(qiáng)度好、力學(xué)性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)并不明顯，但內(nèi)部損傷可能對(duì)材料強(qiáng)度和力學(xué)性能產(chǎn)生了較大的破壞，對(duì)飛行器整體結(jié)構(gòu)的安全性形成了嚴(yán)重的威脅。對(duì)大面積復(fù)合材料層板的在役檢測(cè)而言，空氣耦合超聲蘭姆波檢測(cè)方法以非接觸快速檢測(cè)、可單側(cè)面布置傳感器的特點(diǎn)

2、，在自動(dòng)成像檢測(cè)上有著突出的優(yōu)勢(shì)。
　　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(jì)算推導(dǎo)過程。以飛機(jī)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(duì)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(diǎn)振動(dòng)位移分布，并分析了檢測(cè)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(cè)該材料時(shí)，宜選用A0模態(tài)蘭姆波，0.4MHz的檢測(cè)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(shí)域有限差分?jǐn)?shù)值計(jì)算方法，建立了碳纖維復(fù)合層板的漏蘭姆波檢測(cè)模型。通過對(duì)模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)比和分析了傳感器入射角、缺陷和材料各向異性對(duì)漏蘭姆波信號(hào)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(hào)有著明顯的衰減，掃描檢測(cè)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(duì)含沖擊損傷的實(shí)驗(yàn)試件進(jìn)行了蘭姆

4、波D掃（非平行掃查）成像檢測(cè)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(diǎn)分類為：時(shí)域損傷指數(shù)、頻域損傷指數(shù)、時(shí)頻域損傷指數(shù)、時(shí)間反轉(zhuǎn)損傷指數(shù)。以D掃檢測(cè)信號(hào)的時(shí)頻分析、時(shí)反處理等信息變換結(jié)果為基礎(chǔ)，計(jì)算得到了表征損傷的特征值DI。對(duì)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(shí)頻域損傷指數(shù)表征缺陷區(qū)域的效果最佳。
　　最后，基于概