一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法及检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法及检测系统，步骤包括：量测复合材料层合板的离面速度场；计算离面速度场的曲率；计算离面速度场曲率的能量；根据离面速度场曲率能量图中的奇异峰值位置确定分层位置。本发明专利技术可用于分析复合材料层合板的离面速度场，进而判断是否存在分层损伤并定位分层损伤。可与激光扫描测振仪等先进仪器配套使用，广泛应用于复合材料层合板分层损伤检测。广泛应用于复合材料层合板分层损伤检测。广泛应用于复合材料层合板分层损伤检测。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法及检测系统


[0001]本专利技术公开了一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法，具体涉及复合材料层合板结构状态监测


技术介绍

[0002]复合材料层合板在外力冲击作用下容易产生分层损伤，这些分层损伤如不能及时检测并加以修复，会影响整体结构的安全可靠运行。此背景下，近年来一些无损检测技术得到快速发展，并被用于检测结构中的损伤。诸如超声检测等无损检测方法已被广泛应用于复合材料层合板分层损伤检测。但这些方法一般需要预知分层损伤的大致位置，且分层位置须易于接近，这在实际应用中较难满足。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的缺陷，本申请旨在提出一种基于离面速度场分析的复合材料层合板分层损伤位置检测方法，能够覆盖更大的检测面积，还能加强分层损伤区域的信息特征，准确地判断分层出现并确定分层位置。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005]一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法，具体步骤包括：
[0006]步骤一、量测复合材料层合板的离面速度场；
[0007]步骤二、计算离面速度场曲率；
[0008]步骤三、计算离面速度场曲率的能量；
[0009]步骤四、根据离面速度场曲率能量图中奇异峰值出现的位置定位分层损伤。
[0010]作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤一的具体计算方式如下：
[0011]量测复合材料层合板的离面速度场v(i,j,r)，
[0012]其中，i＝1,2,
…
,M和j＝1,2,
…
,N分别为x和y方向的测点编号；r＝1,2,
…
,T为离散的时间序列。
[0013]作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤二的具体计算方式如下：
[0014]w(i,j,r)＝v(i+1,j,r)+v(i
‑
1,j,r)+v(i,j+1,r)+v(i,j
‑
1,r)
‑
4v(i,j,r)，
[0015]其中，w表示离面速度场曲率，由离面速度场信号的二阶中心差分法计算所得，如上式。
[0016]作为本专利技术的进一步优选方案，所述步骤三的具体计算方式如下：
[0017][0018]其中，E(i,j)表示离面速度场曲率能量。
[0019]作为本专利技术的进一步优选方案，步骤一中复合材料层合板的离面速度场的获取方式具体为：
[0020]用激励传感器在复合材料层合板的背面几何中心位置施加激励，同时用激光扫描
测振仪测量复合材料层合板正面的离面速度场。
[0021]作为本专利技术的进一步优选方案，所述激光传感器使用PSV
‑
400激光扫描测振仪，所述激励传感器为压电陶瓷传感器。
[0022]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0023]本专利技术所提出的检测方法可通过分析复合材料层合板的离面速度场，进而实现分层损伤定位。相比于常规的局部无损检测技术，本方法无需预知分层位置，操作简单，消除环境噪声影响、加强损伤特征的效果明显。可与激光扫描测振仪等先进传感器配套使用，高效应用于噪声环境下复合材料层合板结构分层损伤检测。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的方法流程示意图；
[0025]图2是本专利技术中板的离面速度场示意图；
[0026]图3是本专利技术中板的离面速度场曲率示意图；
[0027]图4是本专利技术中板的离面速度场曲率能量示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0029]本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
[0030]实施例1
[0031]本实施例为一种复合材料层合板分层损伤位置检测系统，如图1所示，所述系统包括：激励传感器、待测复合材料层合板、激光扫描测振仪，所述激励传感器位于待测复合材料层合板背面几何中心位置，所述激光扫描测振仪位于待测复合材料层合板正面，与所述待测复合材料层合板，相距设定距离，与所述激励传感器和待测复合材料层合板之间的距离相同。
[0032]实施例2
[0033]基于上述实施例提供的检测系统，本实施例为一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法，包括以下步骤：
[0034]步骤1.量测复合材料层合板的离面速度场v(i,j,r)，
[0035]其中，i＝1,2,
…
,M和j＝1,2,
…
,N分别为x和y方向的测点编号；r＝1,2,
…
,T为离散的时间序列。
[0036]步骤2.计算离面速度场曲率：
[0037]w(i,j,r)＝v(i+1,j,r)+v(i
‑
1,j,r)+v(i,j+1,r)+v(i,j
‑
1,r)
‑
4v(i,j,r)，
[0038](1)
[0039]其中，w表示离面速度场曲率，由离面速度场信号的二阶中心差分法计算所得，如公式(1)所示。
[0040]步骤3.计算离面速度场曲率的能量：
[0041][0042]其中，E(i,j)表示离面速度场曲率能量。
[0043]步骤4.根据E(i,j)中是否出现奇异峰值来判断复合材料层合板分层损伤，并由峰值位置确定分层损伤位置。
[0044]本专利技术的工作原理具体如下：复合材料层合板分层损伤会使分层损伤处的离面速度场发生奇异，据此，可通过离面速度场中的奇异成分辨识分层损伤。然而，轻微、局部分层损伤只会引起不易观测的离面速度场奇异。为了充分揭示离面速度场奇异，通过中心差分法得到离面速度场曲率，从而放大了分层损伤位置处的奇异成分。进一步计算离面速度场曲率的能量，根据离面速度场曲率能量图中是否出现奇异峰值来判断复合材料层合板分层损伤，并由峰值位置确定分层损伤位置。
[0045]离面速度场作为复合材料层合板的振动参数，相比于常规的局部无损检测方法，能够覆盖更大的检测面积，还能加强分层损伤区域的信息特征，准确地判断分层出现并确定分层位置。
[0046]以下举一个具体实施例来说明本专利技术的检测方法：
[0047]实施例所用GFRP复合材料层合板长50厘米，宽50厘米，厚0.3厘米，在距离板两邻边各125毫米处，有一个预制的长15毫米，宽15毫米的分层损伤。用压电传感器作为激励器在板背面几何中心位置施加中心频率为50kHz的汉宁窗调制的五周期正弦激励，同时用激光扫描测振仪测量板正面的离面速度场。离面速度场量测区域为覆盖整个板正面的375
×
375方形测点网格，在每个测点，以512kHz的采样频率采集1毫秒的速度响应信号，得到由512个时间序列构成的离面速度场。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、量测复合材料层合板的离面速度场；步骤二、计算量测复合材料层合板的离面速度场曲率；步骤三、计算所述离面速度场曲率的能量；步骤四、根据离面速度场曲率能量图中奇异峰值出现的位置定位分层损伤。2.如权利要求1所述的一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法，其特征在于，所述步骤一的具体计算方式如下：所述复合材料层合板的离面速度场v(i,j,r)，其中，i＝1,2,
…
,M和j＝1,2,
…
,N分别为复合材料层合板的x和y方向的测点编号；r＝1,2,
…
,T为离散的时间序列。3.如权利要求2所述的一种复合材料层合板分层损伤位置检测方法，其特征在于，所述步骤二的具体计算方式如下：w(i,j,r)＝v(i+1,j,r)+v(i
‑
1,j,r)+v(i,j+1,r)+v(i,j
‑
1,r)
‑
4v(i,j,r)，其中，w...

【专利技术属性】
技术研发人员：沙刚刚，李梓溪，肖文，左洪福，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：