复合材料犐形梁分层的光纤超声探测技术

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1、复合材料学报第２７卷第３期６月２０１０年犃犮狋犪犕犪狋犲狉犻犪犲犆狅犿狆狅狊犻狋犪犲犛犻狀犻犮犪Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ２０１０文章编号：１０００３８５１（２０１０）０３０１６２０７复合材料犐形梁分层的光纤超声探测技术数值研究许颖１，喻毅１，梁坚凝２（１．哈尔滨工业大学深圳研究生院，深圳５１８０５５；２．香港科技大学土木工程系，香港九龙）摘要：针对纤维增强塑料多界面、高阻尼以及体波模式多样性对超声无损检测的影响，介绍了一种利用光纤超声探测技术结合小波信号分析检测Ｉ形纤维增强塑料梁中分层的方法。该方法利用超声发射器在梁中产生超声应力波，用表面粘贴的光纤干涉仪来探测梁中应力波的传播情

2、况，然后利用小波的多分辨率特性对此信号进行时频分析，结合梁中超声波的传播特性即可确定分层的位置。理论分析和模拟结果都表明了此方法探测复合材料梁腹板／翼缘连接处分层的可行性。关键词：光纤干涉仪；分层；复合材料；超声波；小波分析中图分类号：ＴＢ３３０．１文献标志码：Ａ犖狌犿犲狉犻犮犪犾狊狋狌犱狔狅狀犱犲犾犪犿犻狀犪狋犻狅狀犱犲狋犲犮狋犻狅狀犻狀犐狊犲犮狋犻狅狀犌犉犚犘犫犲犪犿狑犻狋犺狅狆狋犻犮犪犾犳犻犫犲狉犫犪狊犲犱狌犾狋狉犪狊狅狀犻犮狋犲犮犺狀犻狇狌犲１，ＹＵＹｉ１，ＬＥＵＮＧＫＹＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ２ＸＵＹｉｎｇ（１．ＳｈｅｎｚｈｅｎＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌ，ＨａｒｂｉｎＩ

3、ｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｏｎｇＫｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｌｅａｒＷａｔｅｒＢａｙ，Ｋｏｗｌｏｏｎ，ＨｏｎｇＫｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆＦＲＰｍｕｌｔｉｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｈｉｇｈｄａｍｐｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆｔｈｅｂｏｄｙｗａｖｅｍｏｄｅｏｎｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔ

4、，ａｎｏｖｅｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｄｅｔｅｃｔｉｎｇｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＡＰＺＴｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｃｒｅａｔｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｓｉｎｔｈｅｂｅａｍ，ａｎｄａｎｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｗａｓａｔｔａｃｈｅｄｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｂｅａｍｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｂｅａｍ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｗａｖｅｌｅｔｔｉｍｅｆｒｅｑｕ

5、ｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎｃａｎｂｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ；ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｗａｖｅｌｅｔａｎａｌｙｓｉｓ复合材料从物理结构角度看是由基体相、增强中

6、，因玻璃纤维增强塑料（ＧＦＲＰ）比碳纤维增强塑相和界面相组成的一种多相材料。这种特殊的结构料（ＣＦＲＰ）具有更高的性价比、耐久性及更高的强形式可以发挥各种材料的优点，扩大材料的应用范度／质量比，已开始用来替代钢或混凝土以解决钢［４５］围。纤维增强复合材料（ＦＲＰ）作为最常用、最具有梁和钢筋混凝土桥梁结构的老化问题。如１９８２代表性的复合材料，具有质量轻、强度高、加工成年，北京密云建成了跨径２０．７ｍ、宽９．２ｍ的［６］型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐气候性好等优ＧＦＲＰ简支蜂窝箱梁公路桥，２００６年英格兰建造点，已在航空航天、汽车、船舶和土木工程等领域了高速公路桥梁Ｍ６Ｍｏｔｏｒｗａｙ

7、，２００８年６月德国［７］中得到了迅速的发展应用，成为国内外的研究热建造了２７ｍ长的Ｆｒｉｅｄｂｅｒｇ桥等。虽然ＧＦＲＰ［１３］点。拉挤成型构件已被运用到诸多领域，但由于此类复众多ＦＲＰ材料中，拉挤成型构件由于便于批合材料的高度非均质性和各向异性，很容易使界面量生产而得到了更广泛的研究和应用。在建筑结构相失效，导致相邻两层或多层层面或纤维之间产生收稿日期：２００９０７０２；收修改稿日期：２００９１２２６基金项目：国家自然科学基金项目（５０８０８