基于耦合机电阻抗的复合材料机翼损伤定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于耦合机电阻抗的复合材料飞机机翼损伤定位方法，首先，制备压电片阵列；其次，按预定的水平和竖直顺序，对粘接在飞机机翼无损区的压电片阵列施加激励，进行电导纳测试，确定检测频段和无损伤信号电导纳的随机误差分布，并设定损伤阈值；再次，对飞机有损区域进行电导纳信号测试，并计算其与无损状况下导纳信号的互相关系数；最后，对损伤进行互相关系数损伤阀值判断，以及损伤水平和垂直方向插值定位。本发明专利技术采用压电片阵列避免了由于压电片多次粘结造成的粘结界面不均匀的问题，提高了操作精度，采用互相关系数损伤阀值判断和损伤插值定位，不仅实现了损伤的检出，还实现了对损伤的定位。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料结构无损检测
，尤其涉及一种基于耦合机电阻抗的 复合材料机翼损伤定位方法。
技术介绍
随着对飞机性能指标要求的不断提升，飞机使用的传统材料已经渐渐显现出其局 限性。复合材料具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳和隔热隔音性能突出等特点，目前 在不同用途的飞机上都得到大量使用。但复合材料飞机构件在制造和服役过程中容易产生 脱粘、分层和裂纹等缺陷，为了满足航空工业产品高质量、高可靠性、高性能和长寿命的要 求，必须对复合材料飞机构件进行全方位检测。复合材料构件装机之后，由于其承受的压力 载荷大，疲劳程度高，发生损伤的可能性很大，需要经常对复合材料构件进行检测，而多数 复合材料构件在装机使用后，不便于拆卸和分解，因此必须要对其进行外场、原位检测。 目前已有的复合材料飞机检测方法存在不适应复杂检测形状、检测的空间狭小、 现场条件差、测试步骤繁琐、后续数据处理过程复杂、干扰因素多、可重复性差和检测效率 低等不足，因而目前还只限于实验室研究。 近年来，基于机电耦合阻抗的损伤检测方法在民用传统材料结构构件健康检测中 得到了广泛应用。基于机电耦合阻抗的损伤检测方法的特点和优势主要在于该方法检测灵 敏度高、信号采集及处理方便快捷，因此能够更高效地评估损伤详细状况。然而，阻抗法扫 描频率越高，对损伤越敏感，检测区域也相应变小，不利于损伤定位。同时，为准确对损伤进 行检测和定位，往往需要反复粘贴阻抗压电片、出现粘结界面不均匀等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于耦合机电阻抗的复合材料飞机机翼损伤定位方法， 能够对飞机机翼等构件内部裂纹和脱粘等损失情况进行检测和定位。 本专利技术采用的技术方案为：一种基于耦合机电阻抗的复合材料机翼损伤定位方 法，包括以下步骤： (1)、将9个压电片组成的压电片阵列粘贴在圆形的接触片上，所述压电片阵列包 括以接触片圆心为中心，在接触片的水平方向和竖直方向上各均匀设置的4个压电片以及 设置在接触片圆心的压电片，进入步骤（2); (2)、将接触片依次附着于待测结构的无损伤区域的η个测试点，按从左到右、从 上到下的顺序对接触片上的压电片阵列施加高频电压激励，并依次接收压电片阵列反馈的 无损电导纳信号，进入步骤（3); (3)选取步骤⑵中接收到的无损电导纳信号的谐振幅值变化小于0.001S 的频带作为检测频段，并确定无损伤信号电导纳的随机误差分布作为基准数据，计 算每个压电片所得的η组无损电导纳中任意两组无损电导纳之间的互相关系数-，其中，N为采样点数；i为第i个采样点，i= 1，2,3···Ν;Χ4Ρ t为任意两组测试的无损电导纳值；足为&的平均值；厂为t的平均值；~..为&的标准 差，，为I的标准差；进入步骤⑷； (4)、计算步骤（3)中获得的获得9组，每组为U个的互相关系数R的均值μ和均方差σ，设定损伤阀值ΤΗ=μ-3σ，进入步骤（5); (5)、将接触片附着于待测结构的第j个测试点，在步骤（3)确定的检测频段下，按 从左到右的顺序对接触片上水平方向的压电片施加高频电压激励，并依次接受各压电片反 馈的电导纳信号，其中j= 1，2, 3…m，进入步骤（6); (6)、将接触片上水平方向的各个压电片的电导纳信号与步骤（3)获得的接触片 上任意一个压电片反馈的无损伤电导纳信号分别进行水平方向的互相关系数Rx的计算，若 存在R/J、于损伤阀值TH，说明损伤存在，进入步骤（7);若1均大于等于阀值TH，说明无损 伤存在，继续进行下一个测试点的测试，进入步骤（5);(7)、选取Rx值最小的压电片和与其相临的两个压电片进行损伤水平位置的计算， 将艮值最小的压电片的电导纳实部互相关系数以及与其相临的两个压电片的电导纳实部 互相关系数代入公式辱到三个方程，求解方程组得到损伤 与压电片之间的水平跑呙X，具中，q=1，2, 3, 4, 5,Kxq为水平方向上第q个压电片的电导 纳实部互相关系数；Lxq为损伤与压电片之间的距离；a和b为待定系数；X〗=55?，p表示距 离起标示作用；进入步骤（8); (8)、在步骤（3)确定的检测频段下，按从上到下的顺序对接触片上竖直方向的压 电片阵列施加高频电压激励，并依次接受各压电片反馈的电导纳信号，进入步骤（9); (9)、将接触片上竖直方向的各个压电片的电导纳信号与步骤（3)获得的接触片 上任意一个压电片产生的无损伤电导纳信号进行竖直方向的互相关系数&的计算，并找出 Ry最小的压电片，进入步骤（10); (10)、选取&值最小的压电片和与其相临的两个压电片进行损伤水平位置的计 算，将Ry值最小的压电片的电导纳实部互相关系数以及与其相临的电导纳实部互相关系数 代入公另+F，得到三个方程，求解方程组得到损伤与压电片 之间的竖直距离y，其中，k= 1，2,3,4,5,Ryk为竖直方向上第k个压电片的电导纳实部互 相关系数；Lyk为损伤与压电片之间的距离；a'和b'为待定系数；.V〗=55t，p表示距离起 标示作用。 所述的接触片的半径为110mm。 所述的步骤（2)中和步骤（5)中，采用可去除粘结剂将接触片依次附着于待测结 构的测试点上，所述可去除粘结剂为可去除高模量粘结剂。 本专利技术采用压电片阵列避免了由于压电片多次粘结造成的粘结界面不均匀的问 题，提高了操作精度，采用互相关系数损伤阀值判断和损伤插值定位，不仅实现了损伤的检 出，还实现了对损伤的定位。【附图说明】 图1为本专利技术的流程图； 图2为本专利技术实施例中无损伤和损伤区域压电片电导纳信号实部的曲线； 图3为本专利技术实施例中无损伤和损伤区域压电片电导纳信号实部的互相关系数 值柱状图； 图4为本实施例中损伤定位示意图。【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术所述的一种基于耦合机电阻抗的复合材料机翼损伤定位方 法，包括以下步骤： (1)、将9个压电片组成的压电片阵列粘贴在圆形的接触片上，所述压电片阵列包 括以接触片圆心为中心，在接触片的水平方向和竖直方向上各均匀设置的4个压电片以及 设置在接触片圆心的压电片，进入步骤（2); (2)、采用可去除高模量粘结剂将接触片依次附着于待测结构的无损伤区域的η 个测试点，按从左到右、从上到下的顺序对接触片上的压电片阵列施加高频电压激励，并依 次接收压电片阵列反馈的无损电导纳信号，进入步骤（3); (3)选取步骤⑵中接收到的无损电导纳信号的谐振幅值变化小于0.001S 的频带作为检测频段，并确定无损伤信号电导纳的随机误差分布作为基准数据，计 算每个压电片所得的η组无损电导纳中任意两组无损电导纳之间的互相关系数，其中，Ν为采样点数；i为第i个采样点，i= 1，2,3-4式和 t为任意两组测试的无损电导纳值；笔为&的平均值；F为t的平均值；为&的标准 差，5为I的标准差；进入步骤⑷； (4)、计算步骤（3)中获得的获得9组，每组为^^个的互相关系数R的均值 μ和均方差σ，设定损伤阀值ΤΗ=μ-3σ，进入步骤（5); (5)、用可去除粘结剂将接触片附着于待测结构的第j个测试点，在步骤（3)确定 的检测频段下，按从左到右的顺序对接触片上水平方向的压电片施加高频电压激励，并依 次接受各压电片反馈的电导纳信号，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于耦合机电阻抗的复合材料机翼损伤定位方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、将9个压电片组成的压电片阵列粘贴在圆形的接触片上，所述压电片阵列包括以接触片圆心为中心，在接触片的水平方向和竖直方向上各均匀设置的4个压电片以及设置在接触片圆心的压电片，进入步骤(2)；(2)、将接触片依次附着于待测结构的无损伤区域的n个测试点，按从左到右、从上到下的顺序对接触片上的压电片阵列施加高频电压激励，并依次接收压电片阵列反馈的无损电导纳信号，进入步骤(3)；(3)选取步骤(2)中接收到的无损电导纳信号的谐振幅值变化小于0.001S的频带作为检测频段，并确定无损伤信号电导纳的随机误差分布作为基准数据，计算每个压电片所得的n组无损电导纳中任意两组无损电导纳之间的互相关系数其中，N为采样点数；i为第i个采样点，i＝1,2,3…N；Xi和Yi为任意两组测试的无损电导纳值；为Xi的平均值；为Yi的平均值；为Xi的标准差和为Yi的标准差；进入步骤(4)；(4)、计算步骤(3)中获得的获得9组，每组为个的互相关系数R的均值μ和均方差σ，设定损伤阀值TH＝μ‑3σ，进入步骤(5)；(5)、用可去除粘结剂将接触片附着于待测结构的第j个测试点，在步骤(3)确定的检测频段下，按从左到右的顺序对接触片上水平方向的压电片施加高频电压激励，并依次接受各压电片反馈的电导纳信号,其中j＝1,2,3…m，进入步骤(6)；(6)、将接触片上水平方向的各个压电片的电导纳信号与步骤(3)获得的接触片上任意一个压电片反馈的无损伤电导纳信号分别进行水平方向的互相关系数Rx的计算，若存在Rx小于损伤阀值TH，说明损伤存在，进入步骤(7)；若Rx均大于等于阀值TH，说明无损伤存在，继续进行下一个测试点的测试，进入步骤(5)；(7)、选取Rx值最小的压电片和与其相临的两个压电片进行损伤水平位置的计算，将Rx值最小的压电片的电导纳实部互相关系数以及与其相临的两个压电片的电导纳实部互相关系数代入公式得到三个方程，求解方程组得到损伤与压电片之间的水平距离x，其中，q＝1,2,3,4,5，Rxq为水平方向上第q个压电片的电导纳实部互相关系数；Lxq为损伤与压电片之间的距离；a和b为待定系数；p表示距离起标示作用；进入步骤(8)；(8)、在步骤(3)确定的检测频段下，按从上到下的顺序对接触片上竖直方向的压电片阵列施加高频电压激励，并依次接受各压电片反馈的电导纳信号，进入步骤(9)；(9)、将接触片上竖直方向的各个压电片的电导纳信号与步骤(3)获得的接触片上任意一个压电片产生的无损伤电导纳信号进行竖直方向的互相关系数Ry的计算，并找出Ry最小的压电片，进入步骤(10)；(10)、选取Ry值最小的压电片和与其相临的两个压电片进行损伤水平位置的计算，将Ry值最小的压电片的电导纳实部互相关系数以及与其相临的电导纳实部互相关系数代入公式得到三个方程，求解方程组得到损伤与压电片之间的竖直距离y，其中，k＝1,2,3,4,5，Ryk为竖直方向上第k个压电片的电导纳实部互相关系数；Lyk为损伤与压电片之间的距离；a′和b′为待定系数；p表示距离起标示作用。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：铁瑛，李成，牛冬冬，陈功轩，郑艳萍，赵华东，段玥晨，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41