Page 59 - 无损检测2025年第一期

王霞光，等：

基于压电导波的复合材料帽型加筋壁板损伤监测

图 3 不同时刻下，垂直方向位移响应波场矢量图
传播至右侧分离处，出现汇合的迹象；37. 9 μs时导 闭结构的传播经历了先分离再汇合的过程，并进行
波进一步汇合，并继续传播。 了模式转换。实际上，真实帽型加筋结构为三维构

由图3可知，在帽型加筋与基体所围成的闭合 型，导波除了沿截面传播外，还会沿筋条展向传播。
结构中，导波在传播时沿着结构完成了先分离再汇 各种方向的导波多次叠加，使导波在三维结构中的
合的过程。导波部分能量沿筋条传播，另一部分能 信号复杂程度远高于在二维结构中的。
量沿基体传播。 导波结构损伤监测中，为衡量损伤前后的信号
对B， C， D 3个点的位移进行提取，其归一化响 变化程度，通常会提取信号变化的特征参数作为损
伤指数，如时域的幅值、能量变化参数，频域的相位
应曲线如图4所示，可见， B， C两点的波形类似，都
和幅值参数以及变换域的时频差异等。文章从能量
经历了两个明显的波包，然后趋于减弱。B点首个
和信号一致性的角度，引入两种损伤指数，对帽型加
波峰时刻为32. 9 μs，对应峰值为0. 71；而C点首个
筋进行损伤监测。损伤指数公式为
波峰时刻为28. 2 μs，对应峰值为1；与上述两点相比，
2 t
b
d
D点的波形要复杂得多，其波形更为平缓，持续时间 ( - )dt
2
D = ∫ t 1 （1）
更长，波的峰值仅为 0. 38（48. 5 μs时）。两股波在 e 2 t dt
2
传播和混合过程中出现了较明显的模式转换，使得 ∫ t 1 d
d
波由“窄高”变得更加“扁平”。 cov( , )
b
D =1- （2）
有限元仿真结果表明，导波在帽型加筋截面封 ρ σσ d
b
式中： D e 为能量损伤指数，反映损伤前后的信号能
量变化； D ρ 为相关性损伤指数，反映前后两次信号
t
的一致性；b，d为基准参考信号和当前测试信号； ，
1
t 为信号开始时间和结束时间；cov(b,d)为b和d的
2
协方差； σ b 和σ d 分别为b和d的方差。
2 复合材料帽型加筋壁板疲劳试验
2.1 试验试件及传感器布置
试验试件为复合材料曲板结构，尺寸（长×宽）为
2 800 mm×1 470 mm，其实物如图5所示。壁板下表
面沿长度方向均匀布有7条帽型加筋，截面尺寸见
图1（a）。其中的3、4号筋条中间在加工成型后引入
了预制冲击损伤，3号筋条损伤区域采用金属补片
的形式进行了修补，4 号筋条的损伤区域未进行
图 4 归一化位移响应曲线 处理。
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2025 年 第 47 卷 第 1 期
无损检测