Page 90 - 无损检测2022年第九期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202209010

覆冰 CFRP 板中水平剪切波的传播特性

代重阳 1 , 2 , 陈智军 1 , 2 , 王春涛 , 徐 君 , 钟雪燕 3
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( 1. 南京航空航天大学 自动化学院, 南京 211106 ;

2. 中国空气动力研究与发展中心 结冰与防除冰重点实验室, 绵阳 621000 ;

3. 南京铁道职业技术学院, 南京 210031 )
摘 要:针对超声导波技术在飞机结冰探测中的应用前景, 结合航空复合材料的发展趋势, 着重

研究了水平剪切波在覆冰碳纤维增强复合材料板中的传播特性。提出了由独立工程常数获取材料刚
度矩阵的方法, 采用转移矩阵法建立了层状结构波导模型, 克服了传统全局矩阵法求解过程复杂耗时
的缺点。绘制了多种不同状态下的水平剪切波频散曲线, 通过对比其差异, 总结了有无冰层、 冰层厚
度和冰层类型对水平剪切波传播特性的影响及其规律, 为结冰探测研究提供了理论基础。
关键词:结冰探测; 碳纤维增强复合材料; 水平剪切波; 频散曲线

中图分类号: V244.15 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 09-0052-06

Pro p a g ationcharacteristicsofshearhorizontalwavesinice-coatedCFRPp late

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1 , 2
1
DAIChon gy an g 1 , 2 , CHENZhi j un , WANGChuntao , XUJun , ZHONGXue y an 3

( 1.Colle g eofAutomationEn g ineerin g , Nan j in gUniversit yofAeronauticsandAstronautics , Nan j in g211106 , China ;

2.Ke yLaborator yofIcin gandAnti / De-icin g , ChinaAerod y namicsResearchand

Develo p mentCenter , Mian y an g621000 , China ;

3.Nan j in g InstituteofRailwa yTechnolo gy , Nan j in g210031 , China )

Abstract : Inviewofthea pp licationp ros p ectofultrasonicg uidedwavetechnolo gyinaircrafticin gdetection ,

combined withthedevelo p menttrendofaviationcom p osite materials , thep ro p a g ationcharacteristicsofshear

horizontalwavesinice-coatedcarbonfiberreinforcedp ol y merp late werestudiedem p haticall y .The methodof

obtainin gmaterialstiffnessmatrixfrominde p endenten g ineerin gconstantisp ro p osed , andthela y eredwave g uide

modelisestablishedb ytransfer matrix method , whichovercomestheshortcomin goftraditionalg lobalmatrix

method.Thedis p ersioncurvesofshearhorizontalwavesindifferentsituationsaredrawn , andtheinfluenceofice

la y er , icethicknessandicet yp eonthep ro p a g ationcharacteristicsofshearhorizontalwavesissummarizedb y

com p arin g theirdifferences , whichp rovidesatheoreticalbasisforicedetection.

Ke ywords : icedetection ; carbonfiberreinforcedp ol y mer ; shearhorizontalwave ; dis p ersioncurve
飞机结冰会对飞机的气动特性、 操稳特性和起 机安全飞行极为重要 [ 2 ] 。超声导波凭借其可异面检
降特性产生严重影响 [ 1 ] , 因此结冰探测对于保障飞 测、 探测距离远和装置体积小等优势, 成为飞机结冰
无损检测技术中的佼佼者。目前采用超声导波进行
结冰探测的研究主要针对的仍然是铝板结构 [ 3-5 ] , 而
收稿日期: 2022-03-11
基金 项 目:结 冰 与 防 除 冰 重 点 实 验 室 开 放 课 题 资 助 “ 一代材料, 一代飞机”, 飞机机体材料已经从以铝合
( IADL20190205 ); 江苏 省 高 等 学 校 自 然 科 学 研 究 面 上 项 目 资 助 金为主跨入了以复合材料为主的新阶段 [ 6 ] , 飞机结
( 20KJD520005 ) [ 7 ]
构复合材料化是世界航空装备发展的趋势 。碳纤
作者简介: 代重阳( 1996- ), 男, 硕士研究生, 研究方向为超声导
维增强复合材料( CFRP ) 具有比强度与比模量高、
波无损检测技术
通信作者: 陈智军( 1976- ), 男, 硕士生导师, 副教授, 主要研究 抗疲劳与耐腐蚀性能好和可设计性强等优点, 在航
方向为超声导波无损检测、 声波传感与识别技术 空领域得到广泛应用 [ 8 ] 。飞机机体表面传播的超声
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2022 年 第 44 卷 第 9 期

无损检测