Page 60 - 无损检测2021年第四期

张 华, 等:

复合材料盒段冲击损伤的成像优化

2 概率成像方法试验验证

图 4 为高承载复合材料盒段结构及相应的压电
传感器布置, 红色方框区域为压电传感器的布置位
置, 白色圆形区域为通过无损检测方法实际检测得

出的损伤位置。传感器横向布置间距为 80mm , 纵

向 布 置 间 距 为 90~110 mm 。 试 验 共 设 置 了
A1~A4 , B1~B4 , C1~C2 , D1~D2 , 共 12 个冲击位
置。其中, A1~A4 , B1~B4 及 C1~C2 分别进行两
图 5 损伤概率成像算法 A1 _ 5J定位结果
次能量为10J和5J的冲击试验, D1~D2 只进行一

次8J的冲击试验。另外, 在 C1~C2 处模拟一个传
感器存在失效的情况, 在 D1~D2 处模拟冲击损伤
发生于传感器边界的情况。试验中共涉及冲击损伤
22 个。试验设备为美国 ACCELLENT 公司研发的
集成式多通道压电结构健康监测系统。试验选取激

励信号 的 中 心 频 率 为 150kHz , 信 号 采 样 率 为 48

MHz , 采样长度为 10000 个点。
图 6 损伤概率成像算法 D2 _ 8J定位结果

图 4 高承载复合材料盒段结构及相应的压电传感器布置
通过选取区域内4个压电传感器, 构成1个含有
6个激励传感器路径的监测区域。在区域内采集两
次结构健康监测条件下的基准信号, 在结构中产生冲 图 7 损伤概率成像算法 B4 _ 10J定位结果
击损伤后再采集含损伤的压电传感信号。图5~7给
出了 A1 _ 5J , D2 _ 8J , B4 _ 10J这3组典型冲击位置及冲 3 结语
击载荷 下 的 定 位 结 果, 其 中 A1 , B4 冲 击 位 置 位 于
( 1 )采用概率成像算法可以实现复合材料中的
( 46 , 50 ) 和( 40 , 54 ), D2冲击位置位于( 0 , 46 )。
冲击损伤定位。
从图 5~7 可以看出, A1 _ 5J定位结果修正前后
( 2 )传统的概率成像算法容易受到环境因素的
变化不大, 但是 D2 _ 8J 及 B4 _ 10J 的定位结果在采
影响, 其定位结果存在偏差。采用文中所述的方法
用算法进行修正前后存在比较明显的差异, 其中 D2
可以实现环境因素导致的定位误差的改进。
_ 8J的未修正结果成像点偏向右下角, 这是因为 1-2
参考文献:
传感器通道的健康基准信号波动引起了损 伤的误
[ 1 ] 王莉,肖迎春,刘国强 .复合材料层合板损伤的延迟

判。而 B4 _ 10J的成像结果点则偏向左上角, 这也是

累加成像算法[ J ] .科学技术 与 工 程, 2019 , 19 ( 14 ):
因为 1-3 通道健康基准 信 号 波 动 引 起 了 损 伤 的 误
365-370.
判。通过对上述 22 个冲击点进行分析, 采用传统的
[ 2 ] 关立强,祝伟光,李义丰 .Lamb波时间反转椭圆定位
概率成像方法, 其正确定位的概率为 68% , 而采用 和层析成像混合技术研究[ J ] .南京大学学报( 自然科

基于双健康基准的概率成像方法的损伤定位精度达 学), 2019 , 55 ( 2 ): 191-201.

到 82% 。 ( 下转第 81 页)
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2021 年 第 43 卷 第 4 期

无损检测