[发明专利]一种直升机复合材料桨叶损伤检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料桨叶损伤检测系统及方法，具体涉及一种基于动力学边界效应的复合材料桨叶损伤检测系统及方法。

背景技术

目前，在复合材料桨叶的生产过程中广泛采用的无损检测方法包括超声波法、X光等多种无损检测技术，各种检查方法均存在各自的不足，如超声波法需要提前获得被试件的性能参数，且测试精度取决于探头的大小。X光检测仅对较大密度变化的损伤敏感，对复合材料检测精度较低。以上的检测方法均不能实现部件在工作状态的在线检测。

发明内容

本发明的目的：本发明的目的弥补常规检测方法的不足，建立一种非接触式的、高精度的、模型无关的、在线无损检测方法。可以实现对直升机复合材料桨叶结构小损伤，如裂纹、分层、内部空洞等的精确定位。

本发明的技术方案：本发明是一种动力学边界效应检测方法(BEEM)，其基本原理为：缺陷或者损伤会在结构件中引入新的边界，并影响边界处的振动响应，产生空间局部效应，利用动力学理论方法可以从结构的工作变形ODS(振动响应)中提取出中心解和边界层解。当结构中存在缺陷或损伤时，边界层解在损伤边界位置处其值为非零；而远离损伤边界的位置其值为零，因此，可以把边界层解作为损伤检测指标，利用这些损伤指标的特性来定位损伤。

一种直升机复合材料桨叶损伤检测系统，包括信号发生器1、功率放大器2、激振器3、无损检测指标提取与分析系统4、台钳5、含视频头6-1、传感器头6-2的扫描激光头6、信号控制箱7、视频控制箱8。其中试验件固定在台钳5上，激振器3与试件相连，激振器3受信号发生器1产生的并经功率放大器2放大的激振信号控制，信号发生器1产生的信号同时还提供给无损检测指标提取与分析系统4使用；试件左侧位置为包括视频头6-1和传感器头6-2组成的激光扫描头6，传感器头6-2由信号控制箱7控制，并向信号控制箱7反馈信号，经信号控制箱采集处理后提供给无损检测指标提取与分析系统4；视频头6-1受视频控制箱8控制，并反馈视频扫描结果，视频扫描结果经视频控制箱采集处理后提供给无损检测指标提取与分析系统4。

一种直升机复合材料桨叶损伤检测系统及方法，包括以下步骤

第一步、将被检测桨叶试件夹在台钳5上；控制信号发生器1的产生激励信号，经功率放大器2放大后，控制激振器3对被检测桨叶试件进行扫频激励。通过扫描激光头6采集信号后经信号控制箱7、视频控制箱8后传给无损检测指标提取与分析系统4。无损检测指标提取与分析系统通过五次傅里叶平均，获得桨叶试件的前八阶模态固有频率。

第二步、依据被测桨叶试件厚度，在固有频率中选择噪声干扰最小的频率作为激振频率。采用谐波快扫描和快速采集方式，获得结构工作变形数据，采集后传给无损检测指标提取与分析系统4。

第三步、由无损检测指标提取与分析系统4进行分析，提取边界层函数，根据各损伤指标的特性，完成损伤识别和定位。

本发明的优点：

本发明是一种模型无关法，不需要建立结构未损伤时的基准模型。只需用测试损伤后结构的工作变形，然后利用移动窗口最小二乘数据拟合技术从工作变形中提取边界效应来判定缺陷和损伤。

本发明可以实现工作环境激励下的在线检测。因为工作变形为结构的稳态响应工作振型，所以可以利用部件的工作环境激励来进行现场扫描，实现在线检测，无需特殊激励条件；而且可以通过将被测构件划分成多块区域的方法实现大型构件的检测。

本发明对损伤敏感，识别较高精度。研究表明，这种方法可以检测小损伤，例如可以对损伤程度1％(裂纹宽度与梁长度之比)的裂纹进行位置定位和程度估计，能检测到质量特性0.018％的附加变化。

附图说明：

图1为本发明无损检测系统构成要素示意图；

图2为无损检测系统构成要素示意图；

图3为实施例含两孔复合材料桨叶的无损检测指标示意图。

其中：1-信号发生器2-功率放大器3-激振器4-无损检测指标提取与分析系统5-台钳6-扫描激光头6-1-视频头6-2-传感器头7-信号控制箱8-视频控制箱。

具体实施方式：

实施例：下面结合实例对本发明做进一步详细描述。