實驗名稱：基于PZT結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層狀結構中傳輸的一種彈性導波，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，成為現行無損檢測領域研究的重要手段。對于由碳纖維增強樹脂基復合材料制造的航空航天結構，Lamb波的應用則更為普遍。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。

測試設備：ATA-1372A功率放大器、任意波形發生器、PZT換能器、PZT傳感器、PX-Ie8840控制器、GTP-150A-2探棒。

實驗過程：

圖：實驗系統示意圖

本實驗系統采用傳統的Lamb波激勵和接收裝置，系統裝置如上圖所示。該系統包括任意波發生器、ATA-1372A功率放大器以及PZT換能器，接收儀器包括PZT傳感器、數字化儀，任意波發生器和數字化儀均是由PX-Ie8840控制器控制，波形發生器和數字化儀與PZT的連接均是通過探棒。系統通過任意波發生器產生的輸入信號再經電壓放大器放大后進入PZT激勵器，PZT激發的Lamb波信號在復合材料板中傳播一段距離后由PZT接收器接收，并由數字化儀對數據進行采集保存到計算機中。實驗中波形發生器產生的激勵波形為加漢寧窗調制的５周期正弦波，頻率為fo（300khz）。

實驗結果：

圖：PZT損傷前后響應信號

利用MATLAB軟件編寫了基于互相關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據進行處理，根據處理后結構健康響應信號與結構損傷響應信號的差異，用本方法能夠提取出損傷散射信號，且對散射信號重構后可以得到損傷散射信號各波包峰值對應的時間；根據PZT結在板中的位置，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損傷判定方法利用損傷方向算法得到了各PZT結接收到的經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。

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雜性，對Lamb波在碳纖維增強樹脂基復合材料中的傳播速度以及信號處理方法進行優化，從而提取出多損傷散射信號的多個損傷包絡的到達時間，實現多損傷定位。同時，對PZT結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功率放大器：

圖：ATA-1372A功率放大器指標參數

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審核編輯黃宇