[发明专利]一种飞机板孔连接结构疲劳损伤的动态实时监控方法

说明书

本发明属于一种结构疲劳损伤监控方法，涉及一种动态的、实时的疲劳损伤监控方法。该监控方法是利用A型超声波对飞机连接结构进行疲劳损伤动态、实时监控方法。利用该发明不仅可对飞机连接结构进行准确的静态损伤检测，而且可对飞机连接结构进行有效的疲劳损伤动态、实时监控。工程实际证明该方法是切实可行。飞机连接结构是指螺栓连接和铆钉连接的平板飞机结构。

技术领域

本发明属于一种飞机连接结构疲劳损伤监控方法，特别是涉及一种“动态、实时”疲劳损伤的监控方法，该方法通过对A行超声波传感器进行选波、选频、选角度等试验，使之适用于飞机板孔连接结构，如常用螺接、铆接板件结构的疲劳损伤动态、实时监控。

背景技术

一般来说飞机结构大多采用铆钉或螺栓连接，因此这些连接孔也就成了主要的疲劳裂纹源，一旦这些疲劳细节(孔)在飞机服役过程中出现裂纹，就会对飞机安全运行造成很大威胁，因此，迫切需要对这些结构细节损伤进行实时、动态监控，以便掌控损伤出现的时间及大小，及时采取应对措施，避免损伤达到临界尺寸造成灾难性破坏。

一般来说飞机结构损伤检测多在静态(停止运行、停止试验)进行，关于动态损伤监控技术，目前此方面具有代表性方法为光纤裂纹检测法(见图1)及声发射检测法(见图2)等。光纤裂纹检测法在结构监测中需要知道缺陷(裂纹出现)确切位置及走向，光纤需垂直于裂纹方向粘贴，否则需要光纤全部贴满整个构件表面，不适合复杂连接结构的动态损伤监测，而声发射法需要了解构件受力的原始资料，且排除噪音问题仍是不易解决的难题。因此说，以上两种方法使用上都有一定限制，人为因素影响大(与人经验有关)，而本专利提供的A型超声波动态、实时监控方法，对监控连接件孔边一窄条带状区域定向收、发、脉冲波信号，通过观察回波信号位置确定具体损伤位置，不接收噪音信号(与声发射法比的优点)，一个传感器可监控到200mm-300mm长、一个晶片尺寸宽的一条带状区域(不需要向光纤检测法布满整个构件表面)，且可准确定位，给现场应用带来很大可能性。试验(使用)过程中随时发现缺陷，可以使缺陷及时得以修复，就能保证结构运行(试验)安全性，同时也保证试验数据的有效性、可靠性。

发明内容

发明目的：是提供一种试验现场或使用过程中可行的飞机连接结构疲劳损伤的动态、实时监控方法。

本发明的技术方案：第一步确定传感器

该传感器为可调频超声波传感器；

对传感器波形的选择：传感器发出的超声波能够在飞机的板件结构中横向或锯齿形传播。A型超声波分纵波、横波、表面波等，相应的传感器也分为多种，从横波检测原理图(图3)可看出，斜探头(传感器晶片倾斜一定角度)超声波发射具有一定的倾斜角，且横波可在板状试件内锯齿形传播，因此可以用横波斜探头来检查板件孔边裂纹。因横波可以据齿形传播，所以对螺帽下、孔上下面均可检测，可用一次波检测下表面裂纹，二次波检测上表面裂纹。表面波仅对表面缺陷敏感。本专利采取板波(在板中传播的弹性波)来进行裂纹的监控。。

对传感器频率的选择：要求使得激励脉冲持续时间长些，经过试验，本专利选探头频率为4.5～5.5MHz，其中5MHz效果最好。

对传感器晶片尺寸的选择：为了易于激起板波，晶片尺寸应大些，但探头尺寸又受试件结构尺寸的限制，综合考虑本专利选直径为φ13.5～14.5mm，其中优选为φ14mm。

对传感器入射角的选择：在使用透声斜楔以横波入射法在板中激发板波时，为得到较强的发射，传感器的入射角α可由下式确定：

C_l——透声斜楔中横波传播速度；

C_P——在板材中所激起的板波的传播速度模式。