CN108828072A - 一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法 - Google Patents

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王芝
吴维亮
刘俊毅
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Abstract

本发明涉及一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法，具体包括以下步骤：步骤1、在待检测试件基底材料相应位置上粘贴两个压电片，分别作为发射信号的激励端和接收响应信号的接收端；步骤2、采用信号发生器发射信号并经过功率放大器放大信号后，对待测试件基底材料与修补片粘接结构进行扫频激励，示波器接收响应信号，确定试件的响应最大的纵向固有频率k；步骤3、对待测试件基底材料与修补片粘接结构施加正弦信号激励，激励频率设为2k，将采集到的信号数据用计算机处理；步骤4、得到响应频谱图；步骤5、分析步骤4得到的响应频谱图；本发明采用亚谐波识别损伤，不受作动器及测量环节的影响，具有较强的抗干扰能力，对于粘接结构虚粘的识别具有较高的准确性。

Description

一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法。
背景技术
飞机机翼整体壁板等相关结构在服役过程中，容易受到工作载荷和环境的影响从而产生裂纹等损伤形式，利用修补片对飞机机翼整体壁板损伤部位粘接修补，能提高损伤部位的强度，可适当延长寿命。但修补片在粘接修补过程或服役过程中，容易在粘接界面出现虚粘的现象，从而导致结构出现安全隐患。因此对修补片进行实时的健康监测意义重大。近年来对结构的损伤检测技术一直备受国内外学者的关注。现有的损伤检测技术有X射线、红外热成像、微波、线性超声方法以及非线性超声方法中的谐波检测法等，这些技术均对结构粘接界面的粘接状态检测能发挥一定的作用，但由于粘接界面的虚粘现象处于结构损伤的早期难以检测，因此不易被这些技术检测到。
针对结构安全的健康监测，基于亚谐波共振的损伤检测方法成为近年来的研究热点，其良好的抗干扰性以及对材料损伤的敏感性大大提高了对结构损伤检测的有效性和准确性，提高了结构的损伤检测效率。传统的谐波检测方法容易受到测量环节所带来背景噪声的影响，从而产生损伤误报，而亚谐波只有在固体界面处的冲击碰撞与振动接触时并在特定激励条件下才能产生，与测试环节无关，使得亚谐波更适合于粘接界面虚粘损伤的检测。
基于此，需要一种能有效识别粘接界面虚粘损伤、不受作动器及测量环节的影响、具有较强的抗干扰能力的修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法被设计出来。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，得到一种能有效识别粘接界面虚粘损伤、不受作动器及测量环节的影响、具有较强的抗干扰能力的修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
本发明提供了一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法，具体包括以下步骤：
步骤1、在待检测试件基底材料相应位置上粘贴两个压电片，分别作为发射信号的激励端和接收响应信号的接收端；
步骤2、采用信号发生器发射信号并经过功率放大器放大信号后，对待测试件基底材料与修补片粘接结构进行扫频激励，示波器接收响应信号，通过示波器信号频域峰值确定试件的响应最大的纵向固有频率k；
步骤3、采用信号发生器发射信号并经过功率放大器放大信号后，对待测试件基底材料与修补片粘接结构施加正弦信号激励，激励频率设为2k，适当调节激励幅值，示波器接收采集响应信号并将采集到的信号数据用计算机处理；
步骤4、利用MATLAB分析步骤3中采集到的响应信号，对其作快速傅里叶变换，得到响应频谱图；
步骤5、分析步骤4得到的响应频谱图，若响应频谱图中出现亚谐波成分，则判定试件出现虚粘损伤，若响应频谱图中没有出现亚谐波成分，则不能判定该试件出现损伤。
进一步地，所述步骤3中对待测试件基底材料施加特定的激励幅值大于产生亚谐波共振所需要的阈值。
进一步地，所述步骤3中输入的激励信号为单一频率的激励信号，输出的信号为多种频率的信号。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明方法采用亚谐波识别损伤不受作动器及测量环节的影响，具有较强的抗干扰能力，对于粘接结构虚粘的识别具有较高的准确性；
2、本发明方法采用的亚谐波识别损伤中，亚谐波只有在固体界面处的冲击碰撞与振动接触时并在特定激励条件下才能产生，对虚粘损伤识别较为敏感，提高了对粘接界面虚粘损伤识别的有效性。
附图说明
图1为本发明中检测试件的装置示意图；
图2为本发明实施例中得到的检测试件出现虚粘损伤时结果的响应频谱图；
图3为本发明实施例中得到的检测试件没有出现虚粘损伤时结果的响应频谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法，具体包括以下步骤：
步骤1、在待检测试件基底材料1相应位置上粘贴两个压电片，分别作为发射信号的激励端5和接收响应信号的接收端6；
步骤2、采用信号发生器3发射信号并经过功率放大器4放大信号后，对待测试件基底材料1与修补片2粘接结构进行扫频激励，示波器7接收响应信号，通过示波器7信号频域峰值确定试件的响应最大的纵向固有频率k；
步骤3、采用信号发生器3发射信号并经过功率放大器4放大信号后，对待测试件基底材料1与修补片2粘接结构施加正弦信号激励，激励频率设为2k，适当调节激励幅值，示波器7接收采集响应信号并将采集到的信号数据用计算机8处理；
步骤4、利用MATLAB分析步骤3中采集到的响应信号，对其作快速傅里叶变换，得到响应频谱图；
步骤5、分析步骤4得到的响应频谱图，若响应频谱图中出现亚谐波成分，则判定试件出现虚粘损伤，若响应频谱图中没有出现亚谐波成分，则不能判定该试件出现损伤。
具体实施时，所述步骤3中对待测试件基底材料1施加特定的激励幅值大于产生亚谐波共振所需要的阈值。
具体实施时，所述步骤3中输入的激励信号为单一频率的激励信号，输出的信号为多种频率的信号，利用了虚粘损伤导致结构在粘接界面的非线性特性。
实施例：
步骤1、为了模拟飞机机翼整体壁板，取如图1所示的铝合金长方形板作为基底材料，尺寸为400mm*200mm*5mm，修补片采用与基底材料相同铝合金材料边长为50mm厚度为1mm正方形铝板并粘贴于基底的几何中心，且修补片与基底粘接界面处预制直径为20mm的虚粘区域。待测试件如图1所示位置上分别粘贴两个压电片，作为发射信号的激励端5和接受信号的接收端6，记为待测试件1；
步骤2：采用信号发生器3和功率放大器4对待测试件1施加频率范围为0-50KHz的线性扫频激励，示波器7观察响应信号的频域峰值得到试件的响应最大的纵向固有频率约为34KHz；
步骤3：采用信号发生器3和功率放大器4对待测试件1施加激励频率为68KHz，激励幅值为100V的正弦激励，示波器7接收并采集响应信号；
步骤4：利用MATLAB对采集到的响应信号进行数据(快速傅里叶变换)处理，得到响应信号的频谱图，如图2所示；
步骤5：另取与步骤1中相同待测试件2，待测试件2与基底粘接界面完好；
步骤6：采用信号发生器3和功率放大器4分别对待测试件2施加频率范围为0-50KHz的线性扫频激励，示波器7观察响应信号的频域峰值得到待测试件2的响应最大的纵向固有频率约为10KHz；
步骤7：采用信号发生器3和功率放大器4分别对待测试件2施加激励频率为20KHz，激励幅值为100V的正弦激励，示波器7接收并采集响应信号；
步骤8：利用MATLAB对采集到的响应信号进行数据(快速傅里叶变换)处理，得到响应信号的频谱图3。
分析响应频谱图2，结果表明待测试件1响应频谱图中出现了谐波成分(136KHz)以及亚谐波成分(34KHz)，分析响应频谱图3，结果表明待测试件2响应频谱图中只出现了谐波成分(40KHz、60Khz)，而没有出现亚谐波成分，对比两者得出如下结论，由于待测试件1修补片与基底材料的粘接界面处出现虚粘损伤，而导致结果的响应频谱图2出现亚谐波成分，因此可以利用亚谐波来检测虚粘损伤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1、在待检测试件基底材料(1)相应位置上粘贴两个压电片，分别作为发射信号的激励端(5)和接收响应信号的接收端(6)；
步骤2、采用信号发生器(3)发射信号并经过功率放大器(4)放大信号后，对待测试件基底材料(1)与修补片(2)粘接结构进行扫频激励，示波器(7)接收响应信号，通过示波器(7)信号频域峰值确定试件的响应最大的纵向固有频率k；
步骤3、采用信号发生器(3)发射信号并经过功率放大器(4)放大信号后，对待测试件基底材料(1)与修补片(2)粘接结构施加正弦信号激励，激励频率设为2k，适当调节激励幅值，示波器(7)接收采集响应信号并将采集到的信号数据用计算机(8)处理；
步骤4、利用MATLAB分析步骤3中采集到的响应信号，对其作快速傅里叶变换，得到响应频谱图；
步骤5、分析步骤4得到的响应频谱图，若响应频谱图中出现亚谐波成分，则判定试件出现虚粘损伤，若响应频谱图中没有出现亚谐波成分，则不能判定该试件出现损伤。
2.根据权利要求1所述的一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法，其特征在于：所述步骤3中对待测试件基底材料(1)施加特定的激励幅值大于产生亚谐波共振所需要的阈值。
3.根据权利要求1所述的一种修补片虚粘损伤的亚谐波检测方法，其特征在于：所述步骤3中输入的激励信号为单一频率的激励信号，输出的信号为多种频率的信号。
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