[发明专利]基于高次谐波对复合材料冲击的损伤面积量化预测方法

说明书

本发明公开了基于高次谐波对复合材料冲击的损伤面积量化预测方法，制备多组试件，并在落锤冲击试验系统中进行不同的能量冲击试验并制造冲击损伤以作为参考数据；在非线性测试系统中对试件进行检测，激励并接收高次超声信号；对接收得到的信号依次进行Hilbert变换、含dbN小波分解的多次重构，将接收信号的高频与低频分离并局部化；基于无损基准信号，构造得到与高次谐波相关的非线性特征差异系数；通过试件的损伤面积数据与非线性特征差异系数进行函数关系拟合，得到最终的冲击损伤面积预测公式。本发明基于高次谐波，采用dbN小波分解重构，使得对高次谐波的细节观察和信息获取更准确，可以实现对该型号的复合材料冲击损伤面积的预测。

技术领域

本发明涉及复合材料结构无损检测技术领域，具体为基于高次谐波对复合材料冲击的损伤面积量化预测方法。

背景技术

得益于复合材料优异的力学性能，复合材料在现代工程中的应用越来越广泛，常见用于航空航天、军事科学以及其他的特殊场合。复合材料良好的特性主要体现在其具有高强度、高刚度、较强的抗疲劳、耐腐蚀和重量轻等方面。但由于其复杂的制造工艺，在制造过程中，难免造成先天缺陷，如气孔、分层、杂质等。或者服役过程中，遭受冲击、拉伸和疲劳等原因，导致分层、脱胶、基体和纤维断裂等损伤形式。通常情况下，这些损伤都是肉眼不可见的，我们并不能对其健康状况进行简单的目视评估。因此，对疑似损伤的复合材料板进行检测，避免遭受更大的损失势在必行。

针对复合材料损伤的检测研究中，常见的无损检测手段有超声波无损检测技术、激光检测技术、电磁检测技术、光学检测技术和射线检测技术等。这些检测技术各有优势，其中超声波无损检测由于其检测设备简单、检测结果可靠、方法更易实现而得到了更多的研究和工程应用。

基于超声波对复合材料的无损检测研究中，主要包含传统线性和谐波非线性检测方法。线性检测方法通过目标信号与基准信号的对比得到损伤信息，信号处理难度高，对损伤信息的获取有较大难度。在谐波非线性检测方法中，往往通过超声波与损伤界面的非线性接触产生的高次谐波来表征损伤信息。大量的研究表明，损伤的严重程度与接收信号的高次谐波幅值有着密切的联系。但无论是线性检测还是非线性检测方法，检测的结果都是定性化的检测，即仅仅能预测损伤的存在和各损伤之间的大小比较关系。对复合材料损伤面积的量化预测，尤其是冲击损伤面积的预测，目前的研究非常有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供基于高次谐波对复合材料冲击的损伤面积量化预测方法，能够实现对复合材料冲击损伤，尤其是冲击损伤行为导致的损伤面积进行量化预测，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于高次谐波对复合材料冲击的损伤面积量化预测方法，包括以下步骤：

(1)在非线性检测系统中，设置5至6组的复合材料试件，越多数量的试件会得到越多的参考数据，使得最终的预测结果更准确，在落锤冲击试验系统中分别进行不同冲击能量的落锤冲击试验，得到带有冲击损伤的试件；

(2)对不同冲击能量的冲击试件进行非线性检测，在非线性检测系统中，分置激励探头和接收探头，选择合适的激励频率，激励探头负责激励和发射超声波，超声波在复合材料中传播并经过损伤，携带损伤信息的超声信号到达接收探头，对接收的得到的信号进行输出；

(3)对接收得到的离散信号进行Hilbert变换，将接收信号转换至连续解析信号并输出；

(4)对变换后的信号进行重构，得到重构后的总信号并输出；

(5)选择小波分解基函数；对已经重构后的信号通过选择合适的小波分解基函数进行一维分解重构，本发明选择dbN小波分解基函数，即Daubechies小波，其中N为小波阶数，阶数越大，信号的分解效果就越光滑，频域信号的局部化能力就更强，但同时计算量会增大，分解重构信号后，针对复合材料冲击试件，采用N＝5，最优；