[发明专利]一种复合材料胶接质量评估和早期损伤识别方法及系统

说明书

本发明涉及一种复合材料胶接质量评估和早期损伤识别方法及系统，包括以下步骤：对获取的低频泵浦波和高频探测波的激励频率范围进行调理优化；根据优化后的低频泵浦波和高频探测波获取非线性声调制响应信号；计算非线性声调制响应信号的每个本征模式函数分量之间的概率密度函数；获取模态分量概率密度函数之间的KL散度；根据KL散度获取有效模态分量；根据有效模态分量获取首达波包飞行时间、混频调制参数、频率调制参数和幅值调制参数，对复合材料的胶接质量进行评估和早期损伤进行识别，采用本发明方法解决了对碳纤维复合材料胶接连接质量和早期损伤进行有效地非线性声学评价的难题。

技术领域

本发明涉及复合材料胶接质量无损检测技术领域，具体涉及一种复合材料胶接质量评估和早期损伤识别方法及系统。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

碳纤维复合材料胶接连接是借助胶黏剂将复合材料结构件连接成不可拆卸的整体，具有剪切和疲劳强度较高、应力集中较弱、减少机械加工损伤等诸多优点，良好地避免螺栓、铆钉等机械连接方式的不足，广泛应用于军用和民用领域。但是，由于复合材料胶接连接极易受胶接参数设计、胶接工艺、服役环境的影响，存在抗拔强度较低、连接性能不稳定等问题，进而影响整个工作系统的安全性，甚至造成重大事故；因此，碳纤维复合材料胶接连接质量评价方法的研究对胶接连接结构更可靠地应用于工程实际具有重要的现实意义。

国内外学者在碳纤维复合材料胶接连接质量评价领域开展了大量卓有成效的研究工作，并使用了多种无损检测技术(尤其是超声波技术)来评价胶接连接的健康状况；在超声波技术中，入射纵波或横波在胶接连接体中传播，在响应信号中引入各类声学信号特征的变化(例如，高次谐波或附加边带的产生，飞行时间延迟，能量耗散等)，据此可以识别胶接连接体中的缺陷并评价胶接连接质量；在上述领域的研究工作中，一些研究人员针对无人机机翼蒙皮的两种不同类型的粘合缺陷(固化不良、剥离)，利用PZT选择性地激发并检测S0模态的Lamb波，建立了胶接接头的超声能量传输强度和键合条件的敏感相关性；另有部分研究人员基于振动声(vibro-acoustic modulation，VAM)技术，激发泵浦波(大振幅、低频)和探测波(小振幅、低频)，提取非线性边带成分用于检测复合材料中的分层缺陷；最后，另有一些学者针对单搭接复合材料胶接接头，从超声波检测结果中提取基于界面反射峰间振幅和主成分分析的特征矩阵作为统计数据融合算法的源，通过定量比较不同数据融合特征以评价胶粘剂粘接质量。

发明人发现，尽管线性/非线性超声波技术已被有效应用于胶接连接质量评估领域，并且非线性超声技术已被证明对于早期微小缺陷更加敏感，但是非线性超声检测需要依赖精准的结构共振先验信息才可以获得较显著的缺陷敏感度。，同时，复合材料及胶层引起的声波信号衰减导致有效的非线性声波特征极易被噪声淹没。因此上述局限性降低了非线性超声波技术评估复合材料胶接连接质量的有效性，并且，针对碳纤维复合材料胶接连接质量非线性声学评价的研究较少，因此，对碳纤维复合材料胶接连接质量和早期损伤进行有效地非线性声学评价是一个有待于解决的难点。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供碳一种复合材料胶接质量评估和早期损伤识别方法，解决了对碳纤维复合材料胶接连接质量和早期损伤进行有效地非线性声学评价的难题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合材料胶接质量评估和早期损伤识别方法，包括以下步骤：

对获取的低频泵浦波和高频探测波的激励频率范围进行调理优化；

根据优化后的低频泵浦波和高频探测波获取非线性声调制响应信号；

计算非线性声调制响应信号的每个本征模式函数分量之间的概率密度函数；

获取模态分量概率密度函数之间的KL散度；根据KL散度获取有效模态分量；