空气耦合Lamb波对玻璃纤维复合板的扫查成像研究
发布时间：2021-01-06 01:00
针对空气耦合Lamb波,采用了一种与信号速度无关的概率损伤成像方法,对玻璃纤维复合材料板（Glass Fiber Reinforced Polymer,简称"GFRP"）中存在的不同缺陷进行了成像研究。首先使用空气耦合探头在GFRP板的同侧激励和接收单一模态Lamb波,并将探头沿着两个正交的方向进行扫查。然后使用矩形窗截取每个扫查路径上接收信号的直达Lamb波,并对其进行快速傅里叶变换（FFT）。得到其频域能量后,定义其与参考信号频域能量的相对差异为能量损伤因子。最后将各扫查路径的能量损伤因子结合概率损伤算法,对不同类型的缺陷进行成像,并与空气耦合C扫查成像结果进行对比。实验结果显示,基于空气耦合Lamb波的概率损伤成像方法能够有效地对GFRP板中存在的不同损伤进行定位和定量。
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
空气耦合超声Lamb波扫查示意图
式中:C为控制椭圆影响区域的参数;a为椭圆长半轴;b为椭圆短半轴;c为椭圆焦距。如图2所示,在椭圆中假定两个空气耦合探头为椭圆的焦点,则探头之间的距离为焦距2c,像素点(x,y)到两个探头之间的距离和为定值2a。由于空耦超声探头的尺寸为14 mm,b取14。探头之间的距离为170 mm,c取85,根据上式可知,C取1.01。当Ri(x,y)≤C时,表示像素点在椭圆上或椭圆内。像素点与探头之间的直达路径相对距离越小,其概率损伤值越大。当Ri(x,y)>C时,表示像素点在椭圆外。此时由于像素点与两探头之间的相对距离较大,不在空气耦合超声探头的影响区域内,所以概率损伤值为0。当R=1时,表示像素点正好处在两个探头之间的直达路径上,根据式(2)可知,此时像素点的概率损伤值最大。当Ri(x,y)≤A时,由于空气耦合探头并非全向性,而是具有指向性,所以根据常理可知A区域内像素点的概率损伤值应为0。
实验系统采用的是日本探头株式会社生产的NAUT-21空气耦合超声检测系统。其中包括信号发射接收器、空气耦合超声探头、扫查架、前置信号放大器、计算机和玻璃纤维复合材料板。检测系统简图如图3所示。分别在两块玻璃纤维复合材料中制作了分层和夹杂两种类型的缺陷,每块玻璃纤维复合材料板共20层,铺层方式为[0/45/90/-45]5。每块复合材料板的尺寸为280 mm×280 mm×4.1 mm。按照复合材料试块制作要求分别对分层和夹杂缺陷进行制作。其中分层缺陷通过在玻璃纤维复合材料的板厚中间位置埋设一块直径为30 mm的圆形聚四氟乙烯薄膜来模拟。夹杂缺陷通过在玻璃纤维复合材料的板厚中间位置埋设一块边长为30 mm,厚度为0.15 mm的正方形薄铝片来模拟。
【参考文献】：
期刊论文
[1]非接触空气耦合超声检测原理及应用研究[J]. 常俊杰,卢超,小仓幸夫. 无损探伤. 2013(04)
[2]Delamination damage detection of laminated composite beams using air-coupled ultrasonic transducers[J]. LIU ZengHua,YU HongTao,HE CunFu,WU Bin. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(07)
本文编号：2959621
【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
空气耦合超声Lamb波扫查示意图
式中:C为控制椭圆影响区域的参数;a为椭圆长半轴;b为椭圆短半轴;c为椭圆焦距。如图2所示,在椭圆中假定两个空气耦合探头为椭圆的焦点,则探头之间的距离为焦距2c,像素点(x,y)到两个探头之间的距离和为定值2a。由于空耦超声探头的尺寸为14 mm,b取14。探头之间的距离为170 mm,c取85,根据上式可知,C取1.01。当Ri(x,y)≤C时,表示像素点在椭圆上或椭圆内。像素点与探头之间的直达路径相对距离越小,其概率损伤值越大。当Ri(x,y)>C时,表示像素点在椭圆外。此时由于像素点与两探头之间的相对距离较大,不在空气耦合超声探头的影响区域内,所以概率损伤值为0。当R=1时,表示像素点正好处在两个探头之间的直达路径上,根据式(2)可知,此时像素点的概率损伤值最大。当Ri(x,y)≤A时,由于空气耦合探头并非全向性,而是具有指向性,所以根据常理可知A区域内像素点的概率损伤值应为0。
实验系统采用的是日本探头株式会社生产的NAUT-21空气耦合超声检测系统。其中包括信号发射接收器、空气耦合超声探头、扫查架、前置信号放大器、计算机和玻璃纤维复合材料板。检测系统简图如图3所示。分别在两块玻璃纤维复合材料中制作了分层和夹杂两种类型的缺陷,每块玻璃纤维复合材料板共20层,铺层方式为[0/45/90/-45]5。每块复合材料板的尺寸为280 mm×280 mm×4.1 mm。按照复合材料试块制作要求分别对分层和夹杂缺陷进行制作。其中分层缺陷通过在玻璃纤维复合材料的板厚中间位置埋设一块直径为30 mm的圆形聚四氟乙烯薄膜来模拟。夹杂缺陷通过在玻璃纤维复合材料的板厚中间位置埋设一块边长为30 mm,厚度为0.15 mm的正方形薄铝片来模拟。
【参考文献】：
期刊论文
[1]非接触空气耦合超声检测原理及应用研究[J]. 常俊杰,卢超,小仓幸夫. 无损探伤. 2013(04)
[2]Delamination damage detection of laminated composite beams using air-coupled ultrasonic transducers[J]. LIU ZengHua,YU HongTao,HE CunFu,WU Bin. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2013(07)
本文编号：2959621
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