實驗名稱:基于PZT結(jié)Lamb波方向算法的損傷定位方法
研究方向:損傷定位
測試目的:
Lamb波是在具有自由邊界的固體板或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)中傳輸?shù)囊环N彈性導(dǎo)波,由于其本身的傳播特性,如沿傳播路徑衰減小,能量損失小,傳輸距離遠等,成為現(xiàn)行無損檢測領(lǐng)域研究的重要手段。對于由碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料制造的航空航天結(jié)構(gòu),Lamb波的應(yīng)用則更為普遍。在對其進行無損檢測時,采用何種損傷檢測工具及方法非常重要。在損傷檢測過程中,檢測工具通常采用壓電換能器,PZT的輕薄特性使之在超聲無損檢測中得到廣泛的應(yīng)用。當PZT直徑與Lamb波波長之比足夠小時,其可被視為完美的檢測工具。通過雙面激勵法,即在板的上下表面分別布置PZT,有效抑制了Lamb波的多模式特性。PZT的不同布置方式對損傷定位結(jié)果的影響,并證明了PZT在損傷檢測中比激光測震計具有更高的敏感性。
測試設(shè)備:ATA-1372A功率放大器、任意波形發(fā)生器、PZT換能器、PZT傳感器、PX-Ie8840控制器、GTP-150A-2探棒。
實驗過程:
圖:實驗系統(tǒng)示意圖
本實驗系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Lamb波激勵和接收裝置,系統(tǒng)裝置如上圖所示。該系統(tǒng)包括任意波發(fā)生器、ATA-1372A功率放大器以及PZT換能器,接收儀器包括PZT傳感器、數(shù)字化儀,任意波發(fā)生器和數(shù)字化儀均是由PX-Ie8840控制器控制,波形發(fā)生器和數(shù)字化儀與PZT的連接均是通過探棒。系統(tǒng)通過任意波發(fā)生器產(chǎn)生的輸入信號再經(jīng)電壓放大器放大后進入PZT激勵器,PZT激發(fā)的Lamb波信號在復(fù)合材料板中傳播一段距離后由PZT接收器接收,并由數(shù)字化儀對數(shù)據(jù)進行采集保存到計算機中。實驗中波形發(fā)生器產(chǎn)生的激勵波形為加漢寧窗調(diào)制的5周期正弦波,頻率為fo(300khz)。
實驗結(jié)果:
圖:PZT損傷前后響應(yīng)信號
利用MATLAB軟件編寫了基于互相關(guān)理論的信號處理方法,在激勵頻率300khz的條件下,對實驗測得的信號數(shù)據(jù)進行處理,根據(jù)處理后結(jié)構(gòu)健康響應(yīng)信號與結(jié)構(gòu)損傷響應(yīng)信號的差異,用本方法能夠提取出損傷散射信號,且對散射信號重構(gòu)后可以得到損傷散射信號各波包峰值對應(yīng)的時間;根據(jù)PZT結(jié)在板中的位置,并選擇2,5號PZT為基準PZT,將各PZT坐標代入損傷方向計算公式結(jié)損傷判定方法利用損傷方向算法得到了各PZT結(jié)接收到的經(jīng)由損傷孔散射的其中一個Lamb波方向,且方向交點確定的損傷位置與實際損傷位置距離為8.05mm,誤差在可接受范圍內(nèi)。
今后將進一步研究多損傷問題,針對多損傷的多方向性,考慮到多損傷問題信號處理的復(fù)雜性,對Lamb波在碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料中的傳播速度以及信號處理方法進行優(yōu)化,從而提取出多損傷散射信號的多個損傷包絡(luò)的到達時間,實現(xiàn)多損傷定位。同時,對PZT結(jié)的最大間距進行討論,得到PZT間距的范圍,改進損傷方向算法,從而進一步完善損傷定位方法。
安泰ATA-1372A寬帶放大器:
圖:ATA-1372A功率放大器指標參數(shù)
本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準源等產(chǎn)品為核心的相關(guān)行業(yè)測試解決方案的研究,為用戶提供具有競爭力的測試方案,Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線,且具有相當規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商,樣機都支持免費試用。
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