一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法

摘要

本发明公开了一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法，步骤包括：量测复合材料板的振动变形；将振动变形代入板的剪应变公式得到剪应变；将二阶混合偏导算子作用到剪应变得到剪应变二阶混合偏导数；剪应变二阶混合偏导数与多精度Spline函数卷积得到多精度剪应变二阶混合偏导数；在多精度剪应变二阶混合偏导数中根据是否出现奇异峰值判断复合材料板局部层间剥离，并由峰值位置确定层间剥离位置。本发明可用于分析复合材料板的振动变形，进而判断是否存在局部层间剥离并定位层间剥离；该方法采用物理意义明确的多精度剪应变二阶混合偏导数作为损伤指标，不仅可以消除环境噪声的影响，还能显著加强损伤特征。

权利要求

1.一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一、测量复合材料板的振动变形，将振动变形代入板的剪应变公式得到剪应变；

步骤二、将二阶混合偏导算子作用到剪应变得到剪应变二阶混合偏导数；

步骤三、将剪应变二阶混合偏导数与多精度Spline函数卷积得到多精度剪应变二阶混合偏导数；

步骤四、在多精度剪应变二阶混合偏导数中，根据是否出现奇异峰值判断复合材料板局部层间剥离，并由峰值位置确定层间剥离位置；

所述步骤一的具体计算方式如下：

(1)获取复合材料板的振动变形w(x,y)；

(2)将w(x,y)代入板的剪应变公式得到剪应变γxy(x,y)：其中，x、y、z分别为板的长度、宽度、厚度方向的坐标；

所述步骤二的具体计算方式如下：

将二阶混合偏导算子作用到γxy(x,y)上，得到剪应变二阶混合偏导数所述步骤三的具体计算方式如下：与多精度Spline函数Spu,v,s(x,y)卷积：Spu,v,s(x,y)＝s-1Sp((x-u)/s,(y-v)/s)其中， 代表卷积运算，s为尺度参数，u,v分别为x、y方向的平移参数， 为多精度剪应变二阶混合偏导数。

2.如权利要求1所述的一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法，其特征在于，步骤一中复合材料板的振动变形的获取方式具体为：用激振器在复合材料板的背面几何中心位置施加正弦激励，同时用激光传感器测量复合材料板正面的振动，获取复合材料板的振动变形。

3.如权利要求2所述的一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法，其特征在于,所述激振器为4890模态激振器。

4.如权利要求2所述的一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法，其特征在于,所述激光传感器为PSV-400激光扫描测振仪。

说明书

一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法

技术领域

[0001] 本发明公开了一种复合材料板的损伤位置检测方法，具体涉及板结构损伤检测技术领域。

背景技术

[0002] 复合材料板在冲击作用下易产生微小局部层间剥离，这些微小局部层间剥离会持续扩展导致结构发生分层屈曲甚至整体失稳破坏。因此，及时、有效地诊断复合材料板微小冲击局部层间剥离具有重要意义。目前，基于超声波、电磁场、涡流等的局部无损检测方法已被广泛应用于复合材料板局部层间剥离检测。但这些方法一般需要预知损伤的大致位置，且层间剥离位置须易于接近，这在实际应用中较难满足。而基于复合材料板的振动变形，形成具有明确物理意义的多精度剪应变二阶混合偏导数，并用于检测复合材料板局部层间剥离的研究还未见报道。

[0003] 基于超声波、电磁场、涡流等的局部层间剥离检测方法对于测试环境中的噪声很敏感，在现场测试环境中，噪声成分很可能掩盖真实的局部层间剥离信息，影响检测效果。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提出了具有明确物理意义的复合材料板局部层间剥离多精度剪应变混合偏导检测因子，达到消除环境噪声影响，同时加强损伤信息特征的目的。

[0005] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

[0006] 本发明提出一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法，具体步骤包括：

[0007] 步骤一、量测复合材料板的振动变形，将振动变形代入板的剪应变公式得到剪应变；

[0008] 步骤二、将二阶混合偏导算子作用到剪应变得到剪应变二阶混合偏导数；

[0009] 步骤三、将剪应变二阶混合偏导数与多精度Spline函数卷积得到多精度剪应变二阶混合偏导数；

[0010] 步骤四、在多精度剪应变二阶混合偏导数中根据是否出现奇异峰值判断复合材料板局部层间剥离，并由峰值位置确定层间剥离位置。

[0011] 作为本发明的进一步优选方案，所述步骤一的具体计算方式如下：

[0012] (1)获取复合材料板的振动变形w(x,y)；

[0013] (2)将w(x,y)代入板的剪应变公式得到剪应变γxy(x,y)：

[0014]

[0015] 其中，x、y、z分别为板的长度、宽度、厚度方向的坐标。

[0016] 作为本发明的进一步优选方案，所述步骤二的具体计算方式如下：

[0017] 将二阶混合偏导算子作用到γxy(x,y)上，得到剪应变二阶混合偏导数[0018]

[0019] 作为本发明的进一步优选方案，所述步骤三的具体计算方式如下：

[0020] 将 与多精度Spline函数Spu,v,s(x,y)卷积：

[0021] Spu,v,s(x,y)＝s-1Sp(x-u)/s,(y-v)/s)

[0022]

[0023] 其中， 代表卷积运算，s为尺度参数，u,v分别为x、y方向的平移参数， 为多精度剪应变二阶混合偏导数。

[0024] 作为本发明的进一步优选方案，步骤一中复合材料板的振动变形的获取方式具体为：

[0025] 用模态激振器作为力激励器在复合材料板的背面几何中心位置施加正弦激励，同时用激光传感器测量复合材料板正面的振动，获取复合材料板的振动变形。

[0026] 作为本发明的进一步优选方案，所述激光传感器使用PSV-400激光扫描测振仪，所述力激励器使用4890模态激振器。

[0027] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

[0028] 本发明所提出的检测方法可用于分析板结构的振动变形，进而判断是否存在局部层间剥离并定位层间剥离。本发明提出了一种复合材料板局部层间剥离多精度剪应变混合偏导检测因子，相比于常规的局部无损检测方法，本方法具有明确的物理意义，消除环境噪声影响、加强损伤特征的效果明显。同时，本发明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板结构损伤检测。

附图说明

[0029] 图1是本发明的方法流程示意图。

[0030] 图2是本发明中板的第六阶振型示意图。

[0031] 图3是本发明中板在第六阶振型下的剪应变示意图。

[0032] 图4是本发明中板在第六阶振型下的剪应变二阶混合偏导数示意图。

[0033] 图5是本发明中板在第六阶振型下的多精度剪应变二阶混合偏导数示意图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

[0035] 本技术领域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)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

[0036] 如图1所示，本发明提出的复合材料板局部层间剥离位置检测方法，包括以下步骤：

[0037] 1.获取复合材料板的振动变形w(x,y)；

[0038] 2.将w(x,y)代入板的剪应变公式，得到剪应变γxy(x,y)：

[0039]

[0040] 其中，x、y、z分别为板的长度、宽度、厚度方向的坐标。

[0041] 3.将二阶混合偏导算子作用到γxy(x,y)上，得到剪应变二阶混合偏导数[0042]

[0043] 4. 与多精度Spline函数Spu,v,s(x,y)卷积：

[0044] Spu,v,s(x,y)＝s-1Sp((x-u)/s,(y-v)/s)  (3)

[0045]

[0046] 其中， 代表卷积运算，s为尺度参数，u,v分别为x、y方向的平移参数， 为多精度剪应变二阶混合偏导数。

[0047] 5.根据 中是否出现奇异峰值来判断复合材料板局部层间剥离，并由峰值位置确定层间剥离位置。

[0048] 下面对本发明的工作原理具体做进一步说明如下：

[0049] 复合材料板局部层间剥离会使剪应变发生突变，据此，可通过剪应变识别局部层间剥离。然而，轻微、局部层间剥离只会引起不易观测的剪应变突变。为了充分揭示剪应变突变，将二阶混合偏导算子作用到γxy(x,y)上，得到剪应变二阶混合偏导数 在现场量测过程中，板结构振动变形w(x,y)不可避免地包含了环境噪声。剪应变二阶混合偏导数虽然对损伤敏感，但是也会不可避免地将噪声影响放大。与此同时，目前国内外损伤检测中使用的激光扫描测振仪，作为先进的振动信号传感器，其发挥高精度、高分辨率优势的同时，也会加剧这种噪声干扰效应。

[0050] 基于此，本发明将剪应变二阶混合偏导数 与多精度Spline函数卷积得到多精度剪应变二阶混合偏导数 通过多精度剪应变二阶混合偏导数的尺度特性，在较大尺度上滤除噪声信号，保留损伤信号。根据 中是否出现奇异峰值来判断复合材料板局部层间剥离，并由峰值位置确定层间剥离位置。

[0051] 以下举一个具体实例来说明本发明的检测方法：

[0052] 实施例所用GFRP复合材料板长1000mm，宽1000mm，厚1.5mm，在距离板两邻边300mm和550mm处，有一个预制的长50mm，宽50mm的局部层间剥离。

[0053] 首先，用模态激振器作为力激励器在板背面几何中心位置施加正弦激励，同时用激光扫描测振仪测量板正面的振动，获取板的振动变形。板的第六阶振型如图2所示，其中横轴x表示沿板长的坐标，纵轴y表示沿板宽的坐标，竖轴w表示振动变形。

[0054] 其次，用公式(1)求得板的剪应变γxy(x,y)，如图3所示，其中竖轴γxy表示剪应变。

[0055] 然后，根据公式(2)将二阶混合偏导算子作用到γxy(x,y)上，得到剪应变二阶混合偏导数 如图4所示，其中竖轴 表示剪应变二阶混合偏导数。从图4中可以看出，由于噪声的影响，真实的损伤特征已经被放大的噪声信号掩盖，难以辨识损伤。

[0056] 接着，根据公式(4) 与多精度Spline函数Spu,v,s(x,y)卷积，尺度s取0.35，得到多精度剪应变二阶混合偏导数 如图5所示。从图5中可以发现有一个奇异峰，表明存在损伤。峰值对应位置即为检测到的层间剥离位置，与实际层间剥离位置相符。

[0057] 由此证实了，相比于常规的局部无损检测方法，本方法不仅具有明确的物理意义，还可以消除环境噪声影响、有效加强损伤特征，从而快速、准确地判断损伤出现并检测出层间剥离位置。

[0058] 本实施例中：激光传感器为德国Polytec公司生产的PSV-400激光扫描测振仪；力激励器为丹麦B&K公司生产的4890模态激振器。

[0059] 综上所述，本发明提出了一种复合材料板局部层间剥离位置检测方法，基于多精度剪应变混合偏导检测因子，相比于常规的局部无损检测方法，本方法具有明确的物理意义，不仅可以消除环境噪声的影响，还能加强局部层间剥离的信息特征。快速、准确地判断局部层间剥离出现并确定层间剥离位置。

[0060] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。