复合材料胶接损伤的指数监测方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnau“caSinicaJul．252012V01．33No．71275．1280ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)07—1275—06复合材料胶接损伤的指数监测方法刘国强*，肖迎春，李明，贾淑红中国飞机强度研究所，陕西西安710065摘要：为了监测复合材料胶接损伤，基于主动Lamb波和时频分析，提出了一种复合材料损伤监测的指数法。通过对Lamb波信号进行时频分析，提取波形包络。通过计算得到损伤散射信号，选取

2、对损伤敏感的直达波波包，将此波包在结构出现损伤后的能量变化值与损伤前的能量之比作为损伤指示。该方法不用选择特定的Lamb波模式，解决了Lamb波在复合材料结构中存在的频散、多模式及模式转换给信号分析带来的困难。同时在复合材料胶接的损伤演化试验中．对该方法进行了应用验证研究。结果表明：该方法可以用于复合材料胶接损伤的定性和定量分析。关键词：Lamb波；复合材料；胶接；损伤指数；结构健康监测中图分类号：V216．3文献标识码：A为了减少重量、降低成本和提高结构效率，先进复合材料结构的设计要求整体成型，连接界面可以采用共固化、二次固化、共胶接、缝合等非机械连接形式口]。由于复合材料结构在制造和使

3、用过程中，不可避免地会受到损伤，导致结构强度及稳定性急剧下降，而连接部位多为结构的关键部位，所以对连接界面损伤的检测和监测就变得十分重要。在线实时地对结构状态进行监测的结构健康监测技术近年来一直是国内外研究的热点心-3]。结构健康监测技术就是利用集成在结构中的先进传感器网络，在线实时地获取与结构健康状况相关的信息。主动Lamb波监测方法因对结构中的裂纹、分层等小损伤敏感而受到重视，是目前被认为比较有效的结构损伤监测方法‘4‘7『。关于主动Lamb波监测复合材料结构损伤，国内外的学者们都开展了大量研究。例如：美国斯坦福大学的Chang等进行了时间反转成像和指数法的研究∞。1叩；美国北卡罗来纳

4、大学的Wang和Yuan[1¨、国内南京航空航天大学的袁慎芳等口2。143也都进行了时间反转成像的研究；国内上海大学的张海燕等n钼进行了层析成像的研究。对于指数法的研究，Ihn和ChangElo]提出选择特定的Lamb波模式，采用损伤散射信号能量与健康信号能量之比作为损伤指示值。其中选择特定Lamb波模式有两种方法：通过波速选择，需要高的信噪比；通过仿真计算选择，需要精确的计算结果。选择特定Lamb波模式困难大，并且在指数的处理过程中，当信号模式重叠严重时，计算难以实现。本文提出了一种复合材料损伤监测的指数法，通过损伤散射信号选取对损伤敏感的直达波波包，然后将此波包在结构出现损伤后的能收稿

5、日期：2011—09—28；退修日期：2011—10—25；录用日期：2011．11．22；网络出版时间：2011．12．0617：11网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail／111929．V201112061711002htmI基金项目：航空科学基金(20090923002)*通讯作者．Tel．：029·88268106E-mail：gqliul984@163com戮用咎武：LluGQ，XiaoyC，LiM，eta1．AnindexmethodofmonitoringcompositedebondingActaAeronauticaetAstronauticaSin

6、ica2012，33(7)：1275—1280．越甚强，诲迎春，李臻，等复合材料驶接损伤戢指数监秘方法．航空学撮，2012．33(7)；1275-1280航空学报量变化值与损伤前的能量之比作为损伤指示，并进行了复合材料胶接界面损伤演化的监测试验和验证。1指数法1．1主动Lamb波损伤监测原理当Lamb波在结构中传播时，结构中的损伤会使Lamb波信号发生散射和能量吸收，比较损伤前后的Lamb波信号，就可以获得结构的损伤信息，从而达到损伤监测的目的。主动Lamb波监测方法可分为4个过程：1)以特定的信号激励压电元件向结构中激发Lamb信号。2)Lamb信号在结构中传播。3)在另外位置的一个(或

7、一组)压电传感器接收Lamb信号。4)对接收到的Lamb信号进行分析，提取损伤特征信号。1．2信号包络的提取短时傅里叶变换(STFT)的基本思想就是在傅里叶变换的基础上，为了实现时域的局部化，把信号划分成许多小的时间间隔，用傅里叶变换分析每一个时间间隔，以便确定在那个时问间隔存在的频率。这些频谱的总体表示了频谱在时间上是如何变化的。一个信号S(t)的短时傅里叶变换定义为1r。。S(oJ，t)一÷Ie1“5(r)^(r—t