[发明专利]基于激光脉冲波形调控的复合材料界面粘接力检测方法

说明书

本发明提供一种基于激光脉冲波形调控的复合材料界面粘接力检测方法，包括：以纳秒激光诱导冲击波压力模型为基础，计算不同激光脉冲波形下激光冲击波压力时间分布曲线；建立复合材料激光冲击波动态传播数值模拟模型，获得不同激光脉冲波形对最大耦合拉应力位置的影响规律；根据待检测复合材料的粘接界面位置反向确定检测所需激光冲击波压力时间分布曲线；结合纳秒激光诱导冲击波压力模型，反向求解所需激光脉冲波形参数；通过脉冲波形调制器设置脉冲激光器参数，对待检测复合材料作激光冲击试验，以完成复合材料界面粘接力检测。本发明通过调控激光脉冲波形，来调控最大耦合拉应力在材料中的位置，以完成不同深度处粘接界面的粘接力检测。

技术领域

本发明属于激光应用和复合材料无损检测技术领域，特别是涉及一种基于激光脉冲波形调控的复合材料界面粘接力检测方法。

背景技术

纤维增强复合材料广泛应用于航空航天领域，因复合材料铆接、螺栓连接过程中，容易因钻孔造成纤维断裂、基体开裂和分层损伤等，导致复合材料力学性能降低，所以，通常采用粘接剂进行复合材料层压板连接。复合材料部件在胶粘和服役过程中，往往由于粘接不均匀、粘接剂老化或表面污染等因素导致粘接界面存在“吻接”(界面紧密接触但无粘接力)或“弱粘接”等问题，给飞机结构完整性和安全可靠性带来重大隐患。

复合材料粘接处是结构关键部位，也是结构强度薄弱部位。现有超声波、射线等无损检测手段只能检测分层、脱粘、裂纹、气孔和夹杂等缺陷，无法检测“吻接”缺陷和界面间粘接力大小。为实现定量检测界面间粘接力，周明等人在专利CN1215320C中提出利用激光层裂法定量测定膜/基界面结合强度，该方法利用激光速度干涉仪对材料背面粒子速度进行监测，并以此判断层裂是否发生、结合强度是否满足要求。李应红等人在专利CN107561004B中提出利用激光冲击波对复合材料粘接力进行在线快速检测，在材料表面布置压电传感器获取应力波信号，通过示波器对比两次激光冲击时压电传感器监测得到的应力波信号，从而检测评估待测复合材料的界面粘接力。

上述方法虽实现了膜/基界面和复合材料粘接界面的粘接力定量化检测，但是并未考虑检测对象的差异性，因此，涂层/薄膜厚度或复合材料层压板厚度及待检测粘接界面位置差异等具体情况都需要针对性设计激光参数，才能实现特定界面粘接力的准确检测，从而使激光冲击波结合力检测技术在复合材料界面结构检测中具有较好的适用性。综上，针对复合材料粘接结构的差异性(粘接界面所处深度不一样)，需要发明一种可以适用于不同深度界面检测需求的复合材料界面粘接力检测方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于激光脉冲波形调控的复合材料界面粘接力检测方法，用于针对复合材料粘接界面所处深度差异性问题，通过调控激光脉冲波形以实现特定界面粘接力的准确检测。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于激光脉冲波形调控的复合材料界面粘接力检测方法，包括以下步骤：

S1：在纳秒激光诱导冲击波压力模型基础上，计算不同激光脉冲波形下的激光冲击波压力时间分布曲线，获得不同的激光冲击波载荷；

S2：建立复合材料激光冲击波动态传播数值模拟模型，施加步骤S1中的不同激光冲击波载荷，获得不同激光脉冲波形对最大耦合拉应力位置的影响规律；

S3：根据待检测复合材料的粘接界面位置和步骤S2中最大耦合拉应力位置的影响规律，反向确定检测所需的激光冲击波压力时间分布曲线；

S4：根据S3中确定的激光冲击波压力时间分布曲线，结合纳秒激光诱导冲击波压力模型，反向求解获得所对应的激光脉冲波形参数；

S5：根据S4中获得的激光脉冲波形参数，进行脉冲激光器参数设置，对待检测复合材料进行激光冲击试验，以完成复合材料界面粘接力的检测。

进一步，步骤S2中建立复合材料激光冲击波动态传播数值模拟模型包括以下步骤：