复合材料损伤声发射信号检测与时间反转法定位研究

发布时间：2019-09-11 22:45

【摘要】：复合材料作为一种新兴的材料,具有比强度高、制造工艺简单、耐腐蚀等特点,在航天航空、建筑工程和医疗事业等领域有着广泛的应用。然而,复合材料制品制造工艺的复杂化以及使用过程中各种环境的影响,使其产生一定的缺陷和损伤,复合材料的安全使用受到威胁,因而致力于复合材料无损检测的研究具有非常重要的现实意义。复合材料损伤形式多样化,并在损伤过程中会产生明显的声发射特征。声发射(acoustic emission,AE)检测技术是一种动态的无损检测,能够及时、有效地对这些损伤过程进行分析。本课题主要对以玻璃纤维为对象的复合材料进行声发射信号检测和时间反转法的源定位工作。主要工作和研究重点如下:(1)本课题根据国标GB/T1449-2005,分别以2 mm/min和10 mm/min两种加载速度对玻璃纤维试件进行三点弯曲试验。对试验中采集到的AE信号进行参数分析,并研究其损伤机理。玻璃纤维复合材料的损伤形式主要包括基体开裂、界面损伤和纤维断裂等三大类模式。AE信号参数在这些阶段表现为由基体开裂时期的低幅值(40-65 d B)、低持续时间(小于1000μs)、低能量(小于5000)的低强度AE信号转向纤维断裂时期的高幅值(大于99 d B)、高持续时间(大于3000μs)、高能量(大于10000)的高强度AE信号。(2)在参数分析法的基础上,进一步采用小波包-能量法对声发射信号进行波形分析。通过波形分析得到AE信号频率成分主要分布为:基体开裂阶段(0-187.5 k Hz),界面损伤阶段(187.5-375 k Hz),纤维断裂阶段(562.5-750 k Hz),并成功识别出玻璃纤维复合材料弯曲变形过程中不同的损伤模式和损伤阶段。(3)针对玻璃纤维复合材料介质不均匀、各向异性等特点,引入时间反转法(time reversal,TR)和互易性时间反转法(inverse filtering,IF)结合声发射检测技术,以单通道AE传感器的形式,利用散射场条件和声场的互易性,实现了对较大范围内的玻璃纤维板材(100 cm×100 cm×3 mm)进行声发射源定位工作。相对常规多传感器声发射源定位,时间反转方法定位精度可提高34.8%,互易性时间反转定位法在TR的基础上可进一步提高AE源信号的聚集效果,其第二匹配系数提高了36.4%。
【图文】：

常见的复合材料声发射源

材料板材中的传播表现为在材料的边界会进行多次反射、折射和散射现象，然后沿着波面的方向进行传播，形成平板导波[69]。平板导波理论揭示的原理是：当板厚度小于声波波长，并存在显著的差异时，波传递会发生频散效应，并在边界发生波的模式转换，，从而在传播过程中对声发射信号产生一定的影响，使其声波的传导变的复杂化，如图 2.3 所示。
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33

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本文编号：2534711