Page 60 - 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

为了充分研究预制冲击损伤在试验中的扩展情
况，将压电传感器布置在两个预制冲击损伤区域，未
修补的损伤区域共布置了5个压电传感器，1~4号
传感器呈矩形阵列布置，沿加筋方向的传感器间距
为 90 mm，垂直加筋方向的传感器间距为 60 mm，
5号传感器布置在冲击点附近； 修补后的冲击损伤区
域共布置了4个压电传感器，6~9号传感器呈矩形
阵列布置，沿加筋方向的传感器间距为90 mm，垂直
加筋方向的传感器间距为100 mm。传感器布置示
图 5 复合材料曲板实物 意及实物如图6所示。

图 6 压电传感器布置示意及实物

试验采用大连君晟科技有限公司生产的压电导 第300个点以后的信号发生了幅值和相位的显著变
波损伤诊断平台。每个区域两两传感器组成导波扫 化，已经完全不具有一致性。
查路径，共形成16条扫查路径，每条路径频率最低 对170 kHz频率下的各条路径进行损伤指数化
为90 kHz，最高为250 kHz，步频间隔为20 kHz。设 对比，两种损伤指数柱状图如图8所示。由图8可知，
备采样频率为12 MHz，采样点数为4 000。 各条扫查路径的信号中，传感器1和传感器6~9所
试验载荷为压剪载荷，即既有沿长度方向的压 涉及的路径损伤指数均极小，几乎可以忽略不计，说

载，又有沿曲板圆周方向的剪切载荷。试验设置 明该路径附近的结构状态试验前后无变化。两种损
4个加载点，8种载荷工况。将8种载荷工况以循环 伤指数在路径3~5上均出现了最大值，其中，能量
形式编制疲劳载荷谱进行加载。试验共历时5 d，加 损伤指数最大值为4. 25，而相关性损伤指数最大值
载周期为20 000次循环。试验开始时先测量一组信 为0. 37，意味着传感器3~5连线附近发生了一定的
号作为基准信号，试验结束后再次进行测量，两次测 损伤扩展。
量均处于相同载荷状态。 为充分探寻各个频率下所有路径的信号差异，
2.2 试验结果及分析 分别计算各频率激励下每条路径的损伤指数，结果
复合材料帽型加筋壁板疲劳试验完成后，对试 如图9所示，可知，路径3~5的两种损伤指数明显高
验数据进行分析。试验过程中，4号传感器加载时导 于其他所有路径的，除90 kHz频率外，其余频率都
线受损而失效，其他传感器工作正常。对比两次试 高于其他路径的。因此可以确信，3~5路径区域发
验数据的导波时域波形，选取中间频率170 kHz进 生了结构性损伤。
行分析，部分路径的时域波形如图7所示。由图7可 单独分析图9中路径3~5的两种损伤指数随频率
以看出，路径1~2、路径6~7和路径8~9的前后两 的变化曲线可以发现，随着扫描频率的增加，两种损
次测量波形的一致性较好，两次测试信号几乎完全 伤指数总体上均表现出先增后减的趋势。在110 kHz
重合。相比之下，路径3~5两次信号差异较为明显， 至 210 kHz的频率区间，能量损伤指数相比其他

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2025 年 第 47 卷 第 1 期
无损检测