實(shí)驗(yàn)名稱：基于PZT結(jié)Lamb波方向算法的損傷定位方法

研究方向：損傷定位

測試目的：

Lamb波是在具有自由邊界的固體板或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)中傳輸?shù)囊环N彈性導(dǎo)波，由于其本身的傳播特性，如沿傳播路徑衰減小，能量損失小，傳輸距離遠(yuǎn)等，成為現(xiàn)行無損檢測領(lǐng)域研究的重要手段。對于由碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料制造的航空航天結(jié)構(gòu)，Lamb波的應(yīng)用則更為普遍。在對其進(jìn)行無損檢測時，采用何種損傷檢測工具及方法非常重要。在損傷檢測過程中，檢測工具通常采用壓電換能器，PZT的輕薄特性使之在超聲無損檢測中得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)PZT直徑與Lamb波波長之比足夠小時，其可被視為完美的檢測工具。通過雙面激勵法，即在板的上下表面分別布置PZT，有效抑制了Lamb波的多模式特性。PZT的不同布置方式對損傷定位結(jié)果的影響，并證明了PZT在損傷檢測中比激光測震計(jì)具有更高的敏感性。

測試設(shè)備：ATA-1372A功率放大器、任意波形發(fā)生器、PZT換能器、PZT傳感器、PX-Ie8840控制器、GTP-150A-2探棒。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖：實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Lamb波激勵和接收裝置，系統(tǒng)裝置如上圖所示。該系統(tǒng)包括任意波發(fā)生器、ATA-1372A功率放大器以及PZT換能器，接收儀器包括PZT傳感器、數(shù)字化儀，任意波發(fā)生器和數(shù)字化儀均是由PX-Ie8840控制器控制，波形發(fā)生器和數(shù)字化儀與PZT的連接均是通過探棒。系統(tǒng)通過任意波發(fā)生器產(chǎn)生的輸入信號再經(jīng)電壓放大器放大后進(jìn)入PZT激勵器，PZT激發(fā)的Lamb波信號在復(fù)合材料板中傳播一段距離后由PZT接收器接收，并由數(shù)字化儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集保存到計(jì)算機(jī)中。實(shí)驗(yàn)中波形發(fā)生器產(chǎn)生的激勵波形為加漢寧窗調(diào)制的５周期正弦波，頻率為fo（300khz）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：PZT損傷前后響應(yīng)信號

利用MATLAB軟件編寫了基于互相關(guān)理論的信號處理方法，在激勵頻率300khz的條件下，對實(shí)驗(yàn)測得的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理后結(jié)構(gòu)健康響應(yīng)信號與結(jié)構(gòu)損傷響應(yīng)信號的差異，用本方法能夠提取出損傷散射信號，且對散射信號重構(gòu)后可以得到損傷散射信號各波包峰值對應(yīng)的時間；根據(jù)PZT結(jié)在板中的位置，并選擇2，5號PZT為基準(zhǔn)PZT，將各PZT坐標(biāo)代入損傷方向計(jì)算公式結(jié)損傷判定方法利用損傷方向算法得到了各PZT結(jié)接收到的經(jīng)由損傷孔散射的其中一個Lamb波方向，且方向交點(diǎn)確定的損傷位置與實(shí)際損傷位置距離為8.05mm，誤差在可接受范圍內(nèi)。

今后將進(jìn)一步研究多損傷問題，針對多損傷的多方向性，考慮到多損傷問題信號處理的復(fù)雜性，對Lamb波在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中的傳播速度以及信號處理方法進(jìn)行優(yōu)化，從而提取出多損傷散射信號的多個損傷包絡(luò)的到達(dá)時間，實(shí)現(xiàn)多損傷定位。同時，對PZT結(jié)的最大間距進(jìn)行討論，得到PZT間距的范圍，改進(jìn)損傷方向算法，從而進(jìn)一步完善損傷定位方法。

安泰ATA-1372A功率放大器：

圖：ATA-1372A功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯黃宇