Page 68 - 无损检测2024年第五期

邓金涌, 等:

多层复合材料黏接缺陷的声阻法检测

模型类似, 在整个过程中仅观察输入函数、 传递函数
和输出函数 [ 11 ] 。在声阻法中, 激振量即为输入函
数, 系统的机械阻抗( 或者机械导纳) 即为传递函数,
振动响应则是最后的输出函数, 声阻法检测缺陷的
过程就是通过将振动响应与激振量相比, 反推出材
料的机械阻抗, 从而判断材料结构的完整性, 整个传
递过程如图3所示。

图4 声阻法检测成像系统框图

三层厚度为0.44mm , 第一与第二层橡胶之间有厚为

0.1mm 的加热组件层, 共2.03mm ), 1.50mm 玻纤

层, 试块结构示意如图5所示。在试块边缘涂抹一圈
图3 声阻法检测模型
胶质, 防止空气中的水分渗入复合材料中影响材料的
上述系统测得的机械阻抗中带有相位、 幅值两
几何尺寸及缺陷性质, 保证试块的完好性。
个参量。相位为激振量与系统到达稳态响应之间的
时间差, 脱黏缺陷的深度会影响系统到达稳态响应
的时间, 因此相位可以表征缺陷的深度信息。幅值
为激振量与稳态响应量之间的幅值比, 缺陷的大小
会影响稳态响应的大小进而改变幅值, 因此幅值可

以表征缺陷的尺寸信息。基于声阻法的上述特征,
故在后续试验中, 基于声阻法检测原理研发了一套
图5 试块结构示意
成像系统, 该系统框图如图4所示。该系统工作时,
首先由同步电路板发出同步脉冲经过发射接收器激 两试块的实物及缺陷示意如图6所示。 1号试
励信号, 在阻抗谐振探头中产生超声波, 超声波通过 块中含有两处预埋缺陷, 左侧圆形区域内为一整块
探头在复合材料中引起微观振动, 而有缺陷和无缺 下层脱黏缺陷, 中间方框内为一整块上层脱黏缺陷。
陷处对于同一激励的振动响应不同, 这一差异体现 2号试块中含有4处预埋缺陷, 左侧方框内为一整
在机械阻抗的相位和幅值的变化上; 然后振动响应 块下层脱黏缺陷, 右侧方框内存在3条竖直的条形
传回阻抗谐振探头, 进而被发射接收器接收并传输 下层脱黏缺陷。
到信号采集卡, 经过放大、 滤波等信号处理后被保 2.2 机械阻抗测试
存; 与此同时, 检测程序发出指令控制机械装置进行 采集信号前, 在试块表面喷涂一层低黏度耦
扫查, 并将位置信息传递给同步电路; 最终检测程序 合剂, 使阻抗探头与试块表面耦合良好。机械阻
将超声信号与探头的位置信号相结合, 在探头移动 抗信号采集方法为: 手动将阻抗探头逐点耦合在
检测的同时进行相位、 幅值成像。 复合材料试块上, 或者以平行扫查的方式在试块
上平缓移动探头。当探头在无缺陷位置时, 阻抗
2 试验材料声学检测分析 点经过平衡校准后将处于屏幕中的平衡点位。当

2.1 试验试块 探头移动到缺陷位置时, 阻抗点会产生偏移; 偏移
文章所使用的试块依据直升机桨叶包铁结构设 的方向取决于振动响应相位差异, 偏移的距离则
取决于振动响应的幅值差异。阻抗检测仪实物及
计, 在两块复合材料中预埋一定尺寸和深度的缺陷。

试块具体规格尺寸( 长 × 宽 × 高) 为 200.00mm× 检测过程信号如图7所示。

100.00mm×4.03mm , 厚度方向从上向下依次是 在使用阻抗检测仪接 250kHz谐振探头检测
复合材料试块时, 设定相位角为 300° , 增益( 水平
0.50mm 不锈钢, 2.03mm 橡胶( 该部分有3层橡胶,

第一层厚度为0.63mm , 第二层厚度为0.86mm , 第 增益和垂直增益) 为 40dB 后, 检测结果如图 8 , 9
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2024年 第46卷 第5期
无损检测