Page 105 - 无损检测2023年第十期

王 松, 等:

复合材料拉挤长梁缺陷的超声表征与评估

在时域上非常紧贴, 甚至
即0.08 μ s ), 所以v c1 与v f
, 进而难以估测分层
难以确定v c1 与v f 之间的 t c1-0
的深度。不过, 这完全不影响对近表面第 1 和第 2
个铺层界面之间的分层( C1 ) 的判别, 也没有改变其
时域单周特性。

从图3 ( b ) 中可以看出: ① 当分层( C3 ) 出现在近
底表面第1和第2个铺层界面时, 来自分层 C3的单
所标示的
脉冲超声信号在时域上清晰可分辨, 如v c3

回波信号所示, 此时有v c3 | { N ≈ 1 , t T ≈ 0.22 μ s , v pp ≈
图3 1 试样的单脉冲超声波 A 扫描回波信号
#
为 C3分层与试样表面
及其时域特征 1.65V , t c3-0 ≈ 3.12 μ s }, t c3-0

消失; ③ 相比图3 ( d ) 中的
信号波间的时间差; ②v b
的二次反射), 其中: 图3 ( a )
声波反射, 'v c2 来自v c2
幅值有轻微下降, 但其他时域特性未出
v f , 此处的v f

为1 试样中1 / 2深度( 20个铺层厚度, 约2.5mm ) 的
#
现明显变化, 即此时有 v f | { N ≈1 , t T ≈0.24 μ s ,
; 图3 ( b )
分层( C2分层) 的单脉冲超声回波信号v r
v pp ≈ 4.37V }; ④ 根据 t b0 3.22 μ s ) 和 t c3-0 3.12 μ s ) 以
(
(
为1 试样中深度为距离试样底面单个铺层厚度
#
及所测量的声速( 3106m · s ), 分层距离1 试样底
-1
#

( 0.125mm ) 的分层( C3分层) 的单脉冲超声回波信
面的深度约为0.155mm , 约合1.24个铺层, 非常接近
; 图 3 ( c ) 为 1 试样中深度为单个铺层厚度
#
号v r
单个复合材料的标称厚度0.125mm 。

( 0.125mm ) 的分层( C1分层) 的单脉冲超声回波信
从图3 ( a ) 中可以看出: ① 当分层( C2 ) 出现在
号; 图3 ( d ) 为1 试样中好区的单脉冲超声回波信
#
1 试样1 / 2深度位置时, 来自分层的单脉冲超声信
#
。
号v r
在时域上清晰可
在1 试
号v c2 和部分来自试样底面的v b
#
从图3 ( d ) 中可以看出: ① 入射声波u i
所标示的回波信号所示, 此
样中形成了非常清晰, 且幅值足够大的回波信号 分辨, 如图中v c2 和v b
, 且没有出现其他的额外 时有v c2 | { N ≈ 1 , t T ≈0.20 μ s , v pp ≈3.72V , t c2-0 ≈
v rv r 、 以及 'v b
, 包括v fv b
1.54 μ s , v b | { N ≈1 , t T ≈0.40 μ s , v pp ≈1.04 V ,
声波信号, 这表明, 入射声波在1 试样内部具有很好
#
为 C2分层和试样表面信号回
的时域特性可以非常清晰地看
t b-0 ≈ 3.18 μ s }, t c2-0
的穿透行为; ② 从v r
在时域上相差t b-c2 ≈
波之间的时间差, v c2 和v b
具有非常好的单周特性, 用v f | { N ≈1 ,
出, v f 和v b
1.54 μ s ; ② 相比图3 ( d ) 中的 v b v pp ≈ 3.19V ), 此处
(

t T ≈ 0.26 μ s , v pp ≈4.51 V }、 v b| { N ≈1 , t T ≈
v b v pp ≈ 1.04V ) 明显减小, 这是因为大部分声波在
(

0.34 μ s , v pp ≈ 3.19V , t b-0 ≈3.22 μ s } 表示v f 和v b
时域特性与图3 ( b ),
的峰峰幅值, N 为 分层 C2处产生了反射; ③v r
为v f 和v b
的时域特性, 其中v pp

为底 ( c ),( d ) 中的完全一致, 且v f | { N ≈1 , t T ≈0.26 μ s ,
v f 和 v b 的周期数; t T 为回波信号脉冲宽度; t b-0

相同; ④ 根据
的时域宽度( 0.34 μ s ) v pp ≈ 4.45V } 几乎与图 3 ( d ) 中的v f
波与界波之间的时间差; ③v b
-1
(

的时域宽度( 0.26 μ s ) 明显要宽, 这主要来是受 t c2-0 1.54 μ s ) 以及所测量的声速( 3106m · s ) 可得
比v f
分层 C2距离1 试样表面的深度约为2.392mm , 约

#
了波在复合材料中频散现象的影响。利用t b-0 ≈

3.22 μ s和1 试样的厚度( 约5mm ), 可以得出单脉 合19.132个铺层, 与实际预置的分层深度( 19个铺
#
层) 仅相差约0.132个铺层。因此, 在单周超声波条
-1
冲超声在复合材料中的传播速度约为3106m · s 。

从图3 ( c ) 中可以看出: ① 当分层( C1 ) 出现在 件下, 可以准确地确定检出分层所在的铺层位置, 这
近表面第1和第2个铺层界面时, 来自分层的单脉 对准确找出分层产生原因、 进行工艺优化和分析分

所标 层对结构的力学性能影响等都具有指导作用; ⑤ 根
冲超声信号在时域上仍然清晰可分辨, 如v c1

仍然可见, 同样也具有 (
距离试样表面约
示的回波信号所示。 ②v b 据 t b-0 3.18 μ s ), 可以得到 v b

#
很好的时域单周行为, v b | { N ≈1 , t T ≈0.44 μ s , 4.939mm , 约合39.508个铺层, 与3 试样的40个

(
, 铺层厚度仅相差0.492个铺层。结合v b 中的 t T ≈
v pp ≈ 0.61V , t b0 ≈ 3.22 μ s }, 但相比图3 ( d ) 中的v b

其幅值明显减小, 约减小 14dB 。 ③ v f | { N ≈1 , 是来自试样底面的
0.40 μ s ) 及其波形特征可知v b

的二次反射。因此, 利用单脉冲超
t T ≈ 0.22 μ s , v pp ≈ 4.76V } 附近出现了v c1 , 因为v c1 反射, 而不是v c2

之间仅相差一个复合材料铺层( 约0.125mm , 声技术可以帮助确定检出缺陷的深度和判别来自缺
与v f
7
6
2023年 第45卷 第10期
无损检测