[发明专利]一种复合材料层板冲击损伤识别方法及测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料层板冲击损伤识别方法及测试装置，属于复合材料结构健康监测技术领域。

背景技术

随着复合材料在各类结构(如飞机结构、风力发电叶片结构、民用建筑结构、桥梁结构等)上应用的增加，也随着使用者对结构安全性、可靠性要求的提高，对复合材料结构损伤识别技术的研究及应用日益受到重视。目前常用于复合材料结构损伤探测的技术是超声C扫描技术、X射线技术。这两种技术都可以给出复合材料结构损伤部位的图像，其结果比较直观。但存在这样的不足：超声C扫描的方法用时比较长，特别是大面积损伤探测需要时间更长，其是离线监测的方法，扫描结果尽管能够给出损伤面积的大小和形状，但不能给出受到冲击能量大小的结论。X射线技术也是离线监测的方法，同样只能给出损伤面积的大小和形状，但不能给出受到冲击能量大小的结论。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提出一种复合材料层板冲击损伤识别方法及测试装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种复合材料层板冲击损伤识别方法，该方法是基于冲击响应的损伤识别方法，是基于复合材料冲击载荷条件下的特点提出的新损伤识别指标，新损伤识别指标包括：脉冲上升时间、下降时间、总时间、上升时间比下降时间、下降时间比上升时间；脉冲上升面积、下降面积、上升面积与下降面积之比、下降面积与上升面积之比、总面积。所述的脉冲下降面积、总面积、脉冲持续时间是其中最好的指标。提出的总面积指标(应变冲量指标)和下降面积指标(应变下降段冲量)既可以识别冲击能量的大小，也可以识别冲击位置。脉冲下降面积、总面积、脉冲持续时间(总时间)三个指标可以识别冲击能量的大小。

本发明提出的冲击损伤识别方法与传统的超声C扫描的方法以及X射线的方法相比，其优点在于可以实现实时监测，可以给出冲击能量大小的识别结果。即便冲击未造成损伤，本发明的方法也可以给出曾受到冲击位置的识别结果。这种情况下，超声C扫描的方法以及X射线方法是无法给出冲击位置结果的。

本发明提出的一种复合材料层板冲击损伤识别方法可以为复合材料结构健康监测系统提供有益的数据支持和损伤识别的新方法和识别新指标。

本发明提出的损伤识别方法包括基于复合材料层板冲击应变响应的10个新损伤指标。

本发明的一种复合材料层板冲击损伤测试装置，包括复合材料层合板、光纤光栅应变传感器、传输光纤、光纤光栅解调仪表、数据存储以及分析软件、电脑、冲击装置；其中，冲击装置包括轨道固定支架、下落轨道、固定底座、下落质量块和冲击头；下落轨道安装在固定支架上；固定底座位于固定支架内的底部并放置在冲击头的正下方，下落质量块安装在下落轨道上，冲击头安装在质量块上；复合材料层合板安装在固定底座上；安装方式为：复合材料层合板放置在固定底座的凹槽内，压条放置在复合材料层合板的四个角的上面，压条通过螺钉安装固定在固定底座上。这时，复合材料板与固定底座之间形成了一个空腔，从而形成了四边固支板，模拟飞机上的复合材料板所受到冲击作用的情况；

光纤光栅应变传感器粘贴在复合材料层合板上；传输光纤的一端与光光纤光栅应变传感器连接，传输光纤的另一端与光纤光栅解调仪表连接，光纤光栅解调仪表与电脑连接，电脑安装了数据存储以及分析软件，数据存储以及分析软件可以对光纤光栅解调仪表传输到电脑的数据进行存储以及分析；数据存储以及分析软件编写了复合材料层合板冲击损伤识别的新指标和算法，具有了冲击定位和损伤程度判别的功能；

上述的光纤光栅解调仪表采用的是美国MOI公司生产的SI920光学传感器振动模式分析仪，其采样频率为100kHz；

上述的数据存储以及分析软件中包含了提出的基于冲击应变响应的对称性以及不对称性特点的新损伤识别指标进行损伤识别的方法；

上述的测试装置是针对地面试验的装置，该装置也可以应用于飞机上的在线监测装置，如飞机上的复合材料在线监测装置，这时，冲击是飞鸟或其他物体，所述的冲击损伤识别方法及指标依然可以用来识别这种情况下的冲击的位置和冲击能量的大小。

上述的复合材料层合板结构，不限于此，其他复合材料板，如蜂窝夹层板也可以应用此方法进行识别。

上述的冲击头是按照美国ASTM标准制作的(标准号为D713/7136M)。