實驗名稱：復合材料沖(chong)擊損傷非線性振動聲(sheng)調制檢測技術的試驗研究

　　研(yan)究方向(xiang)：

　　復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)因其密度低、比強度高等(deng)優越(yue)性能被廣(guang)泛應用于航空航天領域，在實際工程(cheng)應用和服役過程(cheng)中(zhong)，意外(wai)沖擊(ji)(ji)及(ji)飛機(ji)飛行(xing)(xing)過程(cheng)中(zhong)受(shou)(shou)到(dao)外(wai)部(bu)飛行(xing)(xing)物撞擊(ji)(ji)時，會產生分層、纖維斷(duan)裂等(deng)基體內部(bu)損(sun)(sun)(sun)傷(shang)(shang)，會極大地(di)降低復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)剩余強度與(yu)結構完整性。而(er)由于沖擊(ji)(ji)速度較(jiao)小及(ji)復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)吸能的(de)(de)特點，這種(zhong)損(sun)(sun)(sun)傷(shang)(shang)在復(fu)合材(cai)(cai)料(liao)表面目視(shi)幾乎并不(bu)明顯，但其內部(bu)損(sun)(sun)(sun)傷(shang)(shang)可能已經超過設計的(de)(de)損(sun)(sun)(sun)傷(shang)(shang)容(rong)限，這種(zhong)損(sun)(sun)(sun)傷(shang)(shang)被稱為幾乎不(bu)可見的(de)(de)沖擊(ji)(ji)損(sun)(sun)(sun)傷(shang)(shang)如何對目視(shi)不(bu)可見的(de)(de)沖擊(ji)(ji)損(sun)(sun)(sun)傷(shang)(shang)進(jin)行(xing)(xing)有效檢(jian)測(ce)，近年(nian)來受(shou)(shou)到(dao)無損(sun)(sun)(sun)檢(jian)測(ce)領域的(de)(de)廣(guang)泛關(guan)注。

　　實(shi)驗內容：

　　振(zhen)動(dong)聲(sheng)(sheng)(sheng)調(diao)(diao)制技(ji)(ji)術(shu)是一種對(dui)微小(xiao)缺陷(xian)(xian)有著(zhu)較(jiao)(jiao)強靈敏度的(de)(de)(de)(de)非(fei)線(xian)(xian)性(xing)超聲(sheng)(sheng)(sheng)無損檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)(ji)術(shu)，通過同(tong)時(shi)向被檢(jian)結(jie)(jie)構(gou)輸入大(da)振(zhen)幅低(di)頻(pin)(pin)信(xin)號(hao)（通常(chang)來自沖(chong)擊力錘、激振(zhen)器、疊(die)堆(dui)式壓(ya)(ya)電(dian)(dian)陶瓷等）與(yu)(yu)高頻(pin)(pin)超聲(sheng)(sheng)(sheng)信(xin)號(hao)（通常(chang)來自壓(ya)(ya)電(dian)(dian)晶片），并使用(yong)(yong)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)晶片或激光(guang)測(ce)(ce)振(zhen)儀對(dui)信(xin)號(hao)進行采集。若試樣中存在缺陷(xian)(xian)，低(di)頻(pin)(pin)振(zhen)動(dong)會(hui)(hui)使缺陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)接觸(chu)狀況(kuang)發生改變并調(diao)(diao)制高頻(pin)(pin)超聲(sheng)(sheng)(sheng)信(xin)號(hao)，通過分析調(diao)(diao)制邊(bian)頻(pin)(pin)與(yu)(yu)主(zhu)頻(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)比例來判斷結(jie)(jie)構(gou)是否存在缺陷(xian)(xian)。此方法(fa)不受待測(ce)(ce)結(jie)(jie)構(gou)形(xing)狀限制，且(qie)具有設備要求低(di)、檢(jian)測(ce)(ce)速(su)度快、檢(jian)測(ce)(ce)靈敏度高于常(chang)規超聲(sheng)(sheng)(sheng)檢(jian)測(ce)(ce)等優點，為復雜結(jie)(jie)構(gou)及(ji)大(da)型(xing)結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)(de)(de)遠端的(de)(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)(ce)提供了新思路基于以上特點，將非(fei)線(xian)(xian)性(xing)振(zhen)動(dong)聲(sheng)(sheng)(sheng)調(diao)(diao)制檢(jian)測(ce)(ce)技(ji)(ji)術(shu)應用(yong)(yong)于復合材料(liao)的(de)(de)(de)(de)低(di)速(su)沖(chong)擊損傷(shang)檢(jian)測(ce)(ce)，具有重要的(de)(de)(de)(de)研究意義(yi)。非(fei)線(xian)(xian)性(xing)振(zhen)動(dong)聲(sheng)(sheng)(sheng)調(diao)(diao)制技(ji)(ji)術(shu)需在試樣的(de)(de)(de)(de)模態頻(pin)(pin)率處進行低(di)頻(pin)(pin)激勵(li)才(cai)會(hui)(hui)產生較(jiao)(jiao)強的(de)(de)(de)(de)調(diao)(diao)制效應，故頻(pin)(pin)率選(xuan)取會(hui)(hui)對(dui)檢(jian)測(ce)(ce)結(jie)(jie)果產生較(jiao)(jiao)大(da)影響。

　　測(ce)試(shi)系統：

　　在非(fei)線性振動(dong)聲調(diao)制(zhi)檢測中(zhong)，需在試(shi)件激勵高(gao)頻超聲信號與低頻振動(dong)信號。使(shi)用安(an)捷(jie)倫33220A信號發生器激勵連續正弦信號，通過aigtekATA-2041高壓放大器加載到疊堆壓電陶瓷產生低頻振動，振動頻率選取各復合材料層板的模態頻率，幅值以10V為起始每次增加10V直至100V，形成穩定的振動場后使用Tiepiehandyscopehs5多功能測試儀發射連續高頻超聲信號，并由PZT壓電片接收調制信號。實驗系統如下圖所示。

　　結論(lun)：

　　本文使用(yong)非(fei)線性振動聲調制(zhi)技術對含沖擊損傷復合材(cai)料層板進行檢測，對激勵信號的合理(li)選(xuan)取進

　　行了相應研究，主要結論如下：

　　（1）非線性振動聲調制技術通過高頻超聲與低頻振動在結構中的相互作用，會產生調制邊頻，通過調制系數ＭＩ判斷調制效應的大小以判斷試樣是否存在缺陷。通過合理選取激勵頻率與幅值，此技術能夠有效判別復合材料中是否存在沖擊損傷缺陷，且與超聲Ｃ掃描結果趨勢一致。

　　選(xuan)取任意(yi)波形時試樣的調制系數

　　（2）試樣的調制系數隨電壓呈近似線性增長趨勢，不同振動模態下產生的調制效應各不相同，合理選取超聲頻率及振動模態將有利于區分缺陷，文中選擇特定超聲頻率、第５階振動模態及較小的低頻激勵幅值即可較易分辨缺陷試樣。

　　各樣式判定系數

　　（3）材料自身及試驗系統引入的非線性會對試驗結果產生影響，如何將其影響降至最小以及如何對各層板間的損傷大小進行檢測與定量分析值得進一步探討與研究。

　　ATA-2041電壓放大器參數指標：   

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