發(fā)布時間：2020-05-02 20:01

【摘要】：復合材料因為其具有比強度高、比剛度大和重量輕等優(yōu)點已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用于航空航天等產(chǎn)業(yè)。但是在制造與服役過程中,復合材料不可避免的會受到損傷。而低速沖擊造成的不可見的內(nèi)部微損傷是復合材料的常見損傷形式,這將影響其使用可靠性與壽命,甚至會導致整體結(jié)構(gòu)的突然失效而造成災(zāi)難性的后果。為了保證復合材料的使用安全,有必要對其內(nèi)部微損傷進行檢測。相較于傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù),由于具有檢測范圍廣,微損傷識別和性價比高等優(yōu)點,非線性超聲導波技術(shù)已經(jīng)成為了檢測復合材料損傷的有效方法之一。本文以1 mm厚碳纖維復合材料(CFRP)為研究對象,探究多種非線性超聲導波技術(shù)對不同程度的沖擊損傷進行檢測。首先利用Lamb波二階諧波法對復合材料進行檢測,在頻散曲線中確定滿足相匹配條件的激勵模態(tài)進行實驗,提取相關(guān)頻域信息分析數(shù)據(jù),實驗結(jié)果表明:Lamb波相關(guān)非線性參數(shù)隨沖擊損傷程度增加而增加,相較于完整試件,15J損傷試件相關(guān)非線性參數(shù)增加200%。隨后用Lamb波相反轉(zhuǎn)方法對損傷檢測,該方法抵消基頻幅值且增大二階諧波幅值,有效提高了信噪比,實驗結(jié)果與僅用二階諧波法檢測具有一致性。為了避免實驗設(shè)備中非線性的干擾,提出了基于Lamb波共線混疊的非線性超聲檢測技術(shù),根據(jù)同步性條件確定激勵模態(tài),搭建檢測系統(tǒng),通過時間延遲將不同激勵頻率的Lamb波模態(tài)同向混疊對復合材料進行檢測,提取基頻波與和頻邊帶和差頻邊帶的頻域幅值計算相關(guān)非線性參數(shù),結(jié)果顯示隨著沖擊能量的增加相關(guān)非線性參數(shù)也增加。同時設(shè)置不同激勵頻率優(yōu)化該方法激勵模態(tài)。最后,本文研究了基于SPC(Sideband Peak Count)邊帶閡值法的非線性Lamb波檢測技術(shù),提出了該技術(shù)表征材料非線性的方式,以此確定針對該復合材料試件的最優(yōu)檢測頻率并對沖擊損傷試件進行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當閾值線為最大值1-10%時,基頻為1.95 MHz和2.25 MHz的峰值數(shù)最多;利用該基頻組合檢測復合材料損傷時,隨著損傷程度增加邊帶峰值數(shù)量也呈遞增趨勢。
【圖文】：

管碳纖維復合材料有許多的優(yōu)點，但是由于復合材料的非均質(zhì)性，增強纖逡逑面結(jié)構(gòu)差異，，組分材料物理性質(zhì)變化差異以及制造工藝不穩(wěn)定等原因，復逡逑在生產(chǎn)制造過程中難以避免的會出現(xiàn)缺陷。此外，在使用與服役過程中，逡逑料也會由于受到?jīng)_擊、摩擦等產(chǎn)生損傷。這些損傷很大一部分在材料內(nèi)部，逡逑能被簡單的肉眼檢測及時發(fā)現(xiàn)，但是隨著產(chǎn)品的不斷使用會導致整個結(jié)構(gòu)逡逑與強度的大幅降低，甚至出現(xiàn)突然性的破壞，造成安全事故，給人們的生逡逑安全造成危害［ｎ］。逡逑００９年２月１２日，一架美國大陸航空公司的飛機在紐約上州布法羅郊外墜逡逑上４４名乘客、４名機組人員以及１名非執(zhí)勤飛行員全部遇難。這起事故逡逑地面上１人死亡，不少于４人受傷。據(jù)美國航空主管部門事后推斷，極有逡逑是飛機長時間服役使得復合材料機翼積累出局部故障問題導致了這一空難。逡逑年２月，由于機身碳纖維復合材料脫層，即層與層之間剝離，大大降低了逡逑

非線性超聲檢測國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑最早在１７５５年，瑞士物理學家Ｅｕｌｅｒ提出了非線性聲學這一概念，隨后各逡逑學家逐漸開始展開有關(guān)非線性聲學的研宄，但由于過去技術(shù)的局限性，難以逡逑實驗驗證理論分析，大部分的研究關(guān)注于流體中的非線性超聲波動特性。布逡逑學的Ｈｉｋａｔａ＾ｌ等于１９６３年在金屬實驗室中進行實驗時，從純鋁中檢測到了逡逑，至此人們開始關(guān)注非線性超聲在材料檢測方面的應(yīng)用。眾多的研究表明，逡逑性超聲與線性超聲的主要區(qū)別在于當材料中存在缺陷時，往往會引起前者檢逡逑號的頻率相較于輸入信號的頻率發(fā)生變化，如圖１－３。因此，在利用非線性逡逑對結(jié)構(gòu)損傷與材料性能退化進行檢測與表征時，國內(nèi)外的研宄者主要集中于逡逑信號的頻率變化。目前比較主流的研究方向有高階諧波檢測法、波束混疊、逡逑波法和共振頻率偏移法這四種［３１１，考慮本文的研宄方向，在這里僅闡述前兩逡逑究方向的發(fā)展現(xiàn)狀。逡逑
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;V250.2

【參考文獻】

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本文編號：2647439