本发明专利技术提供一种包含波发生器（104）、多个换能器（106）和处理设备（112）的装置（100）。该波发生器（104）可以被配置为同时产生穿过层压板（102）沿多个面内方向传播的多个声波。该换能器（106）可以彼此隔开并且沿各个面内方向可定位在距波发生器（104）一个或更多已知距离处。该换能器（106）可以被配置为检测穿过层压板（102）沿各个面内方向传播的声波。该处理设备（112）可以被耦合到换能器（106）并且被配置为根据由换能器（106）检测的声波的速度的函数同时计算层压板（102）的多个弹性常数。此外，该处理设备（112）可以被配置为根据已知距离和声波到换能器（106）的到达时间的函数计算所述速度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种包含波发生器（104）、多个换能器（106）和处理设备（112）的装置（100）。该波发生器（104）可以被配置为同时产生穿过层压板（102）沿多个面内方向传播的多个声波。该换能器（106）可以彼此隔开并且沿各个面内方向可定位在距波发生器（104）一个或更多已知距离处。该换能器（106）可以被配置为检测穿过层压板（102）沿各个面内方向传播的声波。该处理设备（112）可以被耦合到换能器（106）并且被配置为根据由换能器（106）检测的声波的速度的函数同时计算层压板（102）的多个弹性常数。此外，该处理设备（112）可以被配置为根据已知距离和声波到换能器（106）的到达时间的函数计算所述速度。【专利说明】
本专利技术总体涉及无损检测，特别涉及确定层压板或板状结构的一个或更多面内弹性常数。
技术介绍
在包括例如飞行器、航天器及其它类型的车辆或舰船、建筑物、桥梁及其它结构的各种机械或结构设备或组件中，经常希望能够确定指定部件的材料属性或材料属性变化。部件的设计和安全操作取决于在该部件中的特定方向或位置上具有特殊的属性。此外，材料属性的任何变化都可能表明该部件的退化。例如，材料刚度可能是影响结构的性能的重要参数。虽然可以基于构成结构的材料的已知初始刚度来设计该结构，但是多种因素都可能使材料失去刚度。应力、疲劳和环境侵袭如热过程和氧化过程仅是可以在材料刚度方面使材料退化的几种机制。纤维/基质复合材料可能特别易受刚度退化的影响，主要通过被称为微裂纹的过程，其中微观裂纹可能在将纤维粘合在一起的基质材料中发展。这种微裂纹可能导致复合材料内机械性能的有害变化、应力集中和重新分布，其进而可能导致性能退化、分层以及纤维损伤。可能重要的是定量地确定板(例如复合层压板)的沿该板的面内方向的材料性能，例如确定其制造条件和/或工作条件。因此，可能期望具有将至少一些上述问题以及可能的其它问题考虑在内的装置和方法。
技术实现思路
本专利技术的示例性实施方式通常涉及用于测量大致正交各向异性(orthotropic)单片或复合层压板(例如连续纤维增强复合单层片或薄层压板)的面内弹性常数的装置和方法。一个示例的装置和方法可以使用激光产生的超声波源和单一样本，并且其可以同时包含三个方向上的面内纵向和横向波速的测量。所测得的面内速度可以进而与一个或更多弹性常数例如两个正交方向上的杨氏模量、泊松比和剪切模量在算法上相关。本专利技术的示例性实施方式可以提供快速且成本有效的手段来获得大致正交各向异性复合材料的弹性特性，并实现复合结构中的材料退化的现场监测。根据示例性实施方式的一个方面，所述装置包含波发生器、多个换能器以及处理设备。波发生器可以被配置为同时产生穿过层压板沿多个面内方向传播的多个声波。在一个示例中，波发生器可以包含易受能量源诱导而产生超声波的标靶，该能量源被配置为将脉冲弓丨导到标靶上。在一个示例中，能量源可以是超声换能器。换能器可以被彼此隔开并沿各个面内方向可定位在距波发生器一个或更多已知距离处。在各种示例中，换能器可以被定位在距波发生器相同的已知距离r处，或者一个或更多换能器可以被定位在不同的已知距离处。在任何一种情况下，可以沿各个0°、45°和90°面内方向定位换能器。换能器可以被配置为检测穿过层压板沿各个面内方向传播的声波。附加或可替换地，例如，所述装置可以包含支架臂，换能器被彼此分隔地固定在该支架臂上。在该示例中，支架臂可以是可定位的，从而沿各个0°、45°和90°面内方向定位换能器。处理设备可以被耦合到换能器并且被配置为根据由换能器探测到的声波的速度的函数同时计算层压板的多个弹性常数。处理设备可以被配置为根据所述已知距离与声波到换能器的到达时间的函数计算所述速度。在一个示例中，面内方向包括正交的第一和第二面内方向。在该示例中，处理设备被配置为同时计算多个弹性常数可以包括其被配置为计算正交的第一个和第二个方向上的杨氏模量、泊松比和剪切模量。在换能器可以沿各个0°、45°和90°面内方向可定位的更具体示例中，由换能器探测的声波的速度可以包括0°、45°和90°面内方向上的纵向波速和0°面内方向上的横向波速。在该示例中，处理设备可以被配置为基于0°、45°和90°面内方向上的纵向波速、0°面内方向上的横向波速以及层压板的已知密度同时计算杨氏模量、泊松比和剪切模量。有利地，处理器和存储计算机可读程序代码部分的存储器能够使处理设备确定声波到包含波发生器和换能器的装置的多个换能器处的到达时间，其中波发生器被配置为同时生成穿过层压板沿多个面内方向传播的多个声波，并且其中换能器彼此隔开且沿各个面内方向可定位在距波发生器一个或更多已知距离处。此外，换能器被有利地配置为探测穿过层压板沿各个面内方向传播的声波，确定由换能器检测的声波的到达时间，并且根据由换能器检测的声波的速度的函数同时计算层压板的多个弹性常数，所述速度是根据一个或更多已知距离和声波到换能器的到达时间的函数计算的。在另一示例中，有利地，波发生器包含易受能量源诱导而产生超声波的标靶，该能量源被配置为将脉冲引导到标靶上。换能器是沿各个0°、45°和90°面内方向可定位的。有利地，所述装置进一步包含支架臂，换能器被彼此分隔地固定在该支架臂上，支架臂是可定位的，从而沿各个0°、45°和90°面内方向定位换能器。面内方向有利地包括正交的第一和第二面内方向。有利地，使处理设备同时计算多个弹性常数包括使其计算正交的第一和第二面内方向上的杨氏模量、泊松比和剪切模量。在更具体的示例中，换能器是沿各个0°、45°和90°面内方向可定位的，并且由换能器检测的声波的速度包括0°、45°和90°面内方向上的纵向波速和0°面内方向上的横向波速，并且使处理设备基于0° >45°和90°面内方向上的纵向波速、0°面内方向上的横向波速以及层压板的已知密度同时计算杨氏模量、泊松比和剪切模量。在示例性实施方式的其它方面，提供用于测量层压板的面内弹性常数的处理设备和方法。在此讨论的特征、功能和优势可以在各种示例性实施方式中单独实现，或者在其它示例性实施方式中被结合，其进一步细节可以参考以下说明书和附图来理解。【专利附图】【附图说明】在已经对本专利技术的示例性实施方式进行概括描述后，现在将参考附图，其不必按比例绘制，其中:图1示出根据一个示例性实施方式的装置；图2是示出根据各种示例性实施方式的方法中的各种操作的流程图；图3是示出根据一个示例性实施方式的飞行器生产和使用方法中的各种操作的流程图；以及图4是根据一个示例性实施方式的飞行器的框图。【具体实施方式】现在，下文中将参考附图更充分地描述本专利技术的一些实施方式，在附图中示出了本专利技术的一些但非全部实施方式。事实上，本专利技术的各种实施方式可以以许多不同的形式体现，并且其不应当被解读为局限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些示例性实施方式将使本专利技术全面和完整，并将充分地向本领域技术人员表达本专利技术的范围。相同的参考数字始终指代相同的元件。复合层压板上某一点处的应力的一般状态可以由三个方向上的法向应力来表示，也可以由三个平面上的剪切应力来表示。法向应力可以包括:ση，其表示沿0° (纤维)面内材料主方向(例如X方向)的法向应力；σ 22，其表示沿正本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种装置（100），其包含：波发生器（104），其被配置为同时生成穿过层压板（102）沿多个面内方向传播的多个声波；多个换能器（106），其彼此隔开并沿各个面内方向可定位在距所述波发生器（104）一个或更多已知距离处，所述换能器（106）被配置为检测穿过所述层压板（102）沿各个面内方向传播的声波；以及处理设备（112），其被耦合到所述换能器（106）并被配置为根据由所述换能器（106）检测的声波的速度的函数同时计算所述层压板（102）的多个弹性常数，所述处理设备（112）被配置为根据所述一个或更多已知距离和所述声波到所述换能器（106）的到达时间的函数计算所述速度。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：J·Z·林，R·H·波西，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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