【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳纤维板结构多材料参数测量，涉及一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法。
技术介绍
1、碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced polymer，cfrp)具有强度高、模量高、耐高温和耐腐蚀等优良性能，广泛应用于航天航空、风电行业、汽车工业及民用产品等领域。材料参数如密度、弹性模量等是衡量材料力学性能、用于仿真建模的重要指标。cfrp具有各向异性特征，沿不同方向的多个材料参数可以通过刚度矩阵来描述。在役的cfrp结构若受外部载荷、环境温度及湿度变换等因素影响，其实际材料参数必然会发生变化，进而导致材料性能不再符合使用要求，无法实现预期功能。因此，准确测量cfrp结构的材料参数，可以用于监测结构的服役状态。
2、传统的复合材料材料参数测量方法主要是破环性测量，如拉伸测试、压缩测试及剪切测试等，通过对复合材料进行拉伸或施加压缩载荷，以测量其应力-应变曲线，计算材料弹性模量、屈服强度等参数。这些破坏性测量方法会导致样品损坏，无法重复使用，且整个过程通常需要较长的时间和较高的成本，限制了材料评估的经济性和效率。近年来，越来越多的研究开始聚焦于非破坏性测试方法，以实现在不破坏材料的前提下，对复合材料力学性能进行准确评估。
3、在众多无损检测方法中，导波检测技术因具有高灵敏度、可重复性、非侵入性和无污染性等优点，逐渐成为国内外研究的热点。导波具有多模态及频散特性，使得信号中蕴含丰富的信息，因此具备同时测量cfrp结构多个参数的潜力。目前基于超声导波的cfrp板结构材料
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，在不借助异介质的情况下，进行cfrp板结构的多参数测量。
2、一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，包括以下步骤：
3、步骤1、分析cfrp板结构中超声导波的传播，在沿纤维方向多个传播角度下求解频散曲线，根据频散曲线区分cfrp板结构不同铺层方式；
4、步骤2、分析不同传播角度下cfrp板结构的材料参数对导波频散效应的影响，建立导波不同模态传播速度与cfrp板结构材料参数的关联性，材料参数包括密度、弹性模量、剪切模量、泊松比；
5、步骤3、根据导波传播速度与cfrp板结构材料参数的关联性，采用机器学习算法，将导波不同模态传播速度作为输入变量，材料参数作为输出变量并赋予不同权重系数，建立cfrp板结构多材料参数测量模型；
6、步骤4、采用仿真软件构建cfrp板结构多材料参数测量模型，选取设定频率范围内的一组激励信号用以仿真，在沿纤维方向、垂直纤维方向及沿纤维方向任意角度建立一系列信号接收点，根据仿真结果，通过时间、角度及距离计算得到模态传播速度组，将速度组输入cfrp板结构多材料参数测量模型，实现cfrp板结构材料参数测量。
7、进一步地，上述步骤1中，在多个传播角度求解cfrp板结构频散曲线，区分其不同铺层方式的方法为：cfrp板结构的不同铺层形式包括单向铺层、正交铺层及复杂铺层，对于三种铺层形式的cfrp板结构，分别求解分析沿纤维方向、垂直纤维方向和沿纤维方向任意角度的频散曲线；
8、对于单向铺层和正交铺层的cfrp板结构，在沿纤维方向和垂直纤维方向的频散曲线图中，低频段内均存在两个导波模态；对于复杂铺层的cfrp板结构，在沿纤维方向和垂直纤维方向的频散曲线图中，低频段内存在三个导波模态；
9、在沿纤维方向30°上，正交铺层cfrp板结构的频散曲线图中，导波a1模态和s1模态在某一频率范围内存在交点；相比之下，单向铺层cfrp板结构在相同频率范围内的频散曲线图中导波a1模态和s1模态在图中没有显著的交点。
10、进一步地，上述步骤2中，分析不同传播角度下cfrp板结构的密度、弹性模量、剪切模量、泊松比对导波频散效应的影响的方法包括：
11、分析9个工程弹性常数与导波不同模态传播特性的关联性，9个工程弹性常数包括弹性模量e1、弹性模量e2、弹性模量e3、剪切模量g12、剪切模量g13、剪切模量g23、泊松比ν12、泊松比ν13和泊松比ν23，具体步骤如下：
12、首先，绘制s0模态的频散曲线，采用单变量法，每次改变一个弹性常数，其余弹性常数保持不变，分不同频率范围及不同传播角度展开讨论，在沿纤维方向0°方向上0-800khz频段内，弹性模量e1和泊松比ν12的改变会明显影响s0模态的传播速度，在相同频率范围内，其余弹性常数不会引起s0模态传播速度的变化；改变频率范围，在800khz-4000khz频段，改变弹性模量e3和剪切模量g13，s0模态的传播速度会发生显著变化；弹性模量e2、剪切模量g12和剪切模量g23，泊松比ν13和泊松比ν23的变化，在沿纤维方向0°上基本不会影响s0模态的传播速度；接着改变传播角度，在沿纤维方向0-90°方向上，弹性模量e1、弹性模量e2、剪切模量g12和泊松比ν12的改变，会在0-800khz频段内影响s0模态传播速度；在800khz-4000khz频段上弹性模量e3、剪切模量g13和剪切模量g23的变化会引起s0模态传播速度的变化，泊松比ν13、泊松比ν23的变化，在该传播角度下基本不会影响s0模态的传播速度；在沿纤维方向90°方向上，改变弹性模量e2及泊松比ν12，会在0-800khz频段引起s0模态传播速度变化；在800khz-4000khz频段改变弹性模量e3、剪切模量g13，s0模态传播速度也会发生相应变化；而弹性模量e1、剪切模量g12、剪切模量g23、泊松比ν13和泊松比ν23的变化，在该传播角度上不会影响s0模态的传播速度；
13、接着采用同样的方式绘制a0模态的频散曲线，在沿纤维方向0-90°上，改变剪切模量g13、剪切模量g23和剪切模量a0模态的传播速度会发生显著变化，其余弹性常数的改变不会影响a0模态的传播速度；在沿纤维方向0°上，只有弹性模量g13的变化会引起a0模态传播速度的改变；而在沿纤维方向90°上，只有弹性模量g23的变化会引起a0模态传播速度的改变；
14、基于上述分析，在沿纤维方向不同角度上改变密度，分析密度与s0模态和a0模态的关联；在弹性常数不变的情况下，密度的改变会使s0、a0模态在频散曲线图中的传播速度整体偏移。
15、进一步地，上述建立cfrp板结构多材料参数测量模型的方法包括：
16、在0-800khz频段内或800khz-4000频段内，选取某一间隔值，将导波不同模态对应的传播速度作为输入变量；
17、将cfrp板结构的材料参数作为输出变量，根据不同传播角度下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，其特征在于，步骤1中，在多个传播角度求解CFRP板结构频散曲线，区分其不同铺层方式的方法为：CFRP板结构的不同铺层形式包括单向铺层、正交铺层及复杂铺层，对于三种铺层形式的CFRP板结构，分别求解分析沿纤维方向、垂直纤维方向和沿纤维方向任意角度的频散曲线；
3.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，其特征在于，步骤2中，分析不同传播角度下CFRP板结构的密度、弹性模量、剪切模量和泊松比对导波频散效应的影响的方法包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，其特征在于，建立CFRP板结构多材料参数测量模型的方法包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，其特征在于，验证材料参数材料测量方法包括
【技术特征摘要】
1.一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于超声导波的碳纤维板结构多材料参数测量方法，其特征在于，步骤1中，在多个传播角度求解cfrp板结构频散曲线，区分其不同铺层方式的方法为：cfrp板结构的不同铺层形式包括单向铺层、正交铺层及复杂铺层，对于三种铺层形式的cfrp板结构，分别求解分析沿纤维方向、垂直纤维方向和沿纤维方向任意角度的频散曲线；
3.根据权利要求...
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