實(shí)驗(yàn)名稱：基于HSP試件和PZT換能器的導(dǎo)波傳播與脫粘分層驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

研究方向：探究蜂窩夾層板（HSP）高頻導(dǎo)波頻散特性與脫粘分層損傷的關(guān)聯(lián)機(jī)制及監(jiān)測方法優(yōu)化。通過等效換算法構(gòu)建周期性結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合仿真量化導(dǎo)波波長與蜂窩芯尺度對頻散特性的影響規(guī)律；進(jìn)一步通過實(shí)體有限元模型和PZT傳感實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證高頻導(dǎo)波的“脫粘式分流”傳播特征，揭示脫粘分層導(dǎo)致Ao模態(tài)幅值顯著增大的損傷敏感機(jī)制；提出以高頻激勵的Ao模態(tài)時(shí)域響應(yīng)作為特征參量，實(shí)現(xiàn)脫粘分層的精準(zhǔn)識別，為列車、航空航天等領(lǐng)域的HSP結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供高靈敏度、低誤報(bào)率的工程解決方案。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏紫韧ㄟ^理論建模與有限元仿真探究蜂窩夾層板中導(dǎo)波波長與蜂窩芯單胞邊長比例對頻散特性、導(dǎo)波模態(tài)傳播路徑及能量分布的影響規(guī)律；進(jìn)一步基于實(shí)體有限元模型和PZT傳感實(shí)驗(yàn)，針對脫粘分層導(dǎo)致的導(dǎo)波“分流效應(yīng)”設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案，通過鋁制HSP試件和預(yù)制脫粘區(qū)域的對照實(shí)驗(yàn)，量化脫粘狀態(tài)下Ao模態(tài)時(shí)域幅值的變化特征，驗(yàn)證高頻導(dǎo)波對脫粘損傷的敏感性與識別可靠性。

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、示波器、ATA-2021B高壓放大器、PZT換能器、HSP試件、計(jì)算機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過程：首先通過計(jì)算機(jī)仿真模擬聲波在蜂窩夾層板中的傳播規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)聲波波長小于蜂窩格尺寸的5倍時(shí)，聲波會集中在材料表面?zhèn)鞑?，且傳統(tǒng)理論模型會失效?；谶@一發(fā)現(xiàn)，制作了帶有預(yù)制"脫膠"損傷的鋁制蜂窩板試件，并在試件表面布置了7個微型傳感器陣列。通過信號發(fā)生器產(chǎn)生100kHz的檢測聲波，經(jīng)放大后驅(qū)動傳感器發(fā)射聲波，并接收傳回的信號。

圖1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物圖

圖2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)聲波經(jīng)過脫膠區(qū)域時(shí)，一種特定模式的聲波（Ao模態(tài)）幅度會顯著增大48%，而其他波形的能量則會衰減35%。這種"幅度增大"現(xiàn)象與脫膠面積大小呈正比關(guān)系，成為了識別隱藏?fù)p傷的明確信號。通過多次測試，最終確定100kHz是最佳檢測頻率，并以Ao模態(tài)幅度增加30%作為損傷判斷閾值。

圖3脫粘與健康HSP時(shí)域信號對比

圖4激勵信號與傳感信號的對比

圖5HSP結(jié)構(gòu)的頻散曲線

放大器在該實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮的效能：信號放大器通過單級增益放大機(jī)制，將信號發(fā)生器輸出的毫瓦級激勵信號提升至伏特量級驅(qū)動電壓，從而驅(qū)動PZT壓電陶瓷作動器產(chǎn)生高頻導(dǎo)波，克服HSP結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波傳播的能量衰減，確保脫粘分流的損傷特征可被傳感器精準(zhǔn)捕獲。

安泰ATA-2021B高壓放大器：

圖：ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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