[发明专利]一种复合板粘接层性能退化评估方法

说明书

一种复合板粘接层性能退化评估方法，属于材料测试技术领域。在被测复合板的表面设置能激励出超声水平剪切导波的超声激励换能器以及能接收超声导波的低频超声接收换能器，固定两个换能器之间合理的距离；通过信号发生器及功率放大器调制出超声脉冲周期数n的加汉宁窗的超声脉冲信号输入超声激励换能器，使用低通滤波器对接收的信号进行低通滤波，使用示波器观察、提取处理后的信号；使用计算机对滤波后的波包信号进行宽度为τ的时域截断，进行快速傅里叶变换，获得该超声水平剪切导波在被测复合板中传播时产生的静态兰姆波信号的强度；对比测试完好试件中的检测结果，评估出所测复合板的粘接层性能退化程度。敏感度高、检测范围大、效率高。

技术领域

本发明属于材料测试技术领域，尤其是涉及利用非线性超声波对材料性能进行非破坏性评估和表征的基于导波非线性静态响应的一种复合板粘接层性能退化评估方法。

背景技术

超声导波是目前超声无损检测和材料评估领域中发展较为迅速的研究热点。相比于传统超声检测中所采用的体波(纵波或横波)检测技术，其优势主要为：在波导介质(如薄板、圆管等)中超声波传播的距离更远，衰减更小，所历经的材料区域更广，检测效率更高等等。此外，非线性超声检测利用含微观缺陷材料对超声波的非线性调制作用，可以使用较大波长的超声波检测较小的缺陷，与线性超声检测相比，具有检测灵敏度更高的优势，从而实现材料的早期微观损伤检测和材料性能评估。然而，目前使用超声导波进行材料的非线性超声检测还具有相当的困难。困难之一在于，板中的超声导波中，绝大部分的导波模态都具有频散的特性：基波的频率变化时，其相速度和群速度皆有变化；因此，使用导波进行无损检测时，往往在超声信号激励和信号分析时需要更复杂的预处理和后处理过程。困难之二在于，目前绝大部分的非线性导波检测都采用单一的超声激励源，当基波在介质中传播时，会产生二次谐波乃至三次谐波，利用二次谐波或三次谐波的生成强度变化可以对材料进行微损伤检测和性能评估；然而这种利用导波二次谐波的产生来进行非线性超声检测的方法，往往需要其二次谐波的相速度和基频导波的相速度相等，即相匹配条件(或同步条件)。在这种条件下，能实现非线性导波无损检测的导波模态对并不多，无法满足一些特定的检测场合。

当前，复合材料在交通运输、土木工程、航空航天等领域获得越来越多的应用。针对复合材料板的粘接层性能退化的无损检测问题，超声水平剪切导波具有一定的检测优势。一方面，水平剪切导波在介质中传播时主要为面内位移，因此受到面外介质的干扰较少，获得的检测信号信噪比相对较高；另一方面，水平剪切导波的非线性效应对粘接层中的微小缺陷较为敏感，有利于粘接层的性能退化评估。然而，基于前述的导波频散特点和模态选择难点，目前利用水平剪切导波的二次谐波或三次谐波生成的检测方式还有局限，难以实现灵活的、高敏感度的复合板粘接层性能退化的检测和评估。

发明内容

本发明的目的在于针对逐点式超声检测的效率低下、超声导波模态选择和分析难等问题，提供一种敏感度高、检测范围大、效率高、灵活的基于导波非线性静态响应的一种复合板粘接层性能退化评估方法。

本发明包括以下步骤：

1)在被测复合板的表面设置能激励出超声水平剪切导波的超声激励换能器以及能接收超声导波的低频超声接收换能器，固定超声激励换能器、低频超声接收换能器之间合理的距离d；

2)通过信号发生器及功率放大器调制出超声脉冲周期数n的加汉宁窗的超声脉冲信号输入至超声激励换能器中，使用低通滤波器对换能器接收的信号进行低通滤波，并使用示波器观察、提取处理后的信号；

3)使用计算机对滤波后的波包信号进行宽度为τ的时域截断，对其进行快速傅里叶变换，获得该超声水平剪切导波在被测复合板中传播时产生的静态兰姆波信号的强度；

4)对比测试完好试件中的检测结果，评估出所测复合板的粘接层性能退化程度。

在步骤1)和2)中，所述合理的距离d与超声脉冲周期数n需满足以下关系式：