[发明专利]一种用于纤维增强复合材料的空气耦合Lamb波非线性超声应力检测方法、系统及装置

权利要求书

1.一种用于纤维增强复合材料的空气耦合Lamb波非线性超声应力检测方法，其特征在于，包括：

根据处理待测纤维增强复合材料获得纯净lamb波模态，所述纯净的Lamb波包含对称模态S₀和反对称模态A₀；

根据频散曲线确定反对称模态A₀群速度，根据反对称A₀模态进行空耦超声检测；

空耦超声检测待测纤维增强复合材料，获得待测纤维增强复合材料试样相对非线性系数，即获得待测纤维增强复合材料实现应力表征。

2.根据权利要求1所述的一种用于纤维增强复合材料的空气耦合Lamb波非线性超声应力检测方法，其特征在于，所述根据处理待测纤维增强复合材料获得纯净Lamb波模态，包括：

利用待测纤维增强复合材料参数绘制Lamb波的频散曲线，结合待测纤维增强复合材料厚度确定空耦换能器的中心频率f。

3.根据权利要求1所述的一种用于纤维增强复合材料的空气耦合Lamb波非线性超声应力检测方法，其特征在于，所述根据频散曲线确定反对称模态A₀群速度，根据反对称模态A₀进行空耦超声检测，检测系统流程包括：

根据频散曲线确定A₀模态的群速度，利用Snell定律及空气声速确定激励与接收空耦换能器倾角；

在应力集中区域的试样的任意一侧，根据倾角放置空耦换能器，根据实际检测环境确定空耦换能器距离试样的距离；

确定激励信号周期N，根据确定的空耦换能器中心频率f，采用非线性超声测试系统产生激励信号，激励信号通过50欧姆负载进行阻抗匹配，进行阻抗匹配的激励信号通过低通滤波器，施加在激励空耦换能器上，在接收位置利用接收空耦换能器接收激励信号的回波；

根据接收激励信号的回波进行傅里叶变化、频域分析提取基频幅值与二次谐波幅值，获得相对非线性系数。

4.根据权利要求1所述的一种用于纤维增强复合材料的空气耦合Lamb波非线性超声应力检测方法，其特征在于，空耦超声检测待测纤维增强复合材料，获得待测纤维增强复合材料试样相对非线性系数，包括：

获得各向同性弹性材料的一维非线性波动方程：

其中，u(x,t)为质点位移，x为超声波的传播距离，t为超声波的传播时间，c为超声波的波速，β为超声非线性系数；

利用摄动理论，获得一维非线性波动方程解为：

u(x,t)＝u⁰(x,t)+βu¹(x,t)，

其中，u⁰(x,t)表示线性位移，u¹(x,t)表示由材料非线性引起的位移；

非线性位移和波的传播距离成正比：

u¹(x,t)＝xf(t-x/c)，

其中，f(t-x/c)是一个待确定的未知函数；

由微扰近似法获得待确定的未知函数：

其中，为超声波波数，ω为超声波的角频率；

波动方程解为：

根据二次谐波的幅值A(2ω)和基波幅值A(ω)确定相对非线性系数：

5.根据权利要求1所述的一种用于纤维增强复合材料的空气耦合Lamb波非线性超声应力检测方法，其特征在于，所述空耦换能器中心频率f为200kHz。

6.一种用于纤维增强复合材料的空气耦合Lamb波非线性超声应力检测系统，其特征在于，所述应力检测系统包括：

用于处理待测纤维增强复合材料处理单元；

用于获得纯净Lamb波模态的获得单元；

用于确定反对称模态A₀群速度的确定单元；

用于空耦超声检测的检测单元；

用于获得待测纤维增强复合材料试样相对非线性系数的获得单元。