[发明专利]一种基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，属于无损检测技术领域，利用声发射无损检测手段实现对纤维增强型复合材料的不同纤维编织层损伤状况的监测，将声发射技术与多尺度分析信号的小波分析手段以及有效的模式识别技术相结合，能够实现对纤维增强型复合材料结构的不同纤维编织层进行有效、准确且实时的在线无损检测。本发明包括以下步骤：建立被监测材料的损伤特征分析表；依据得到的损伤特征分析表建立声发射在线监测系统。本发明的方法提高了检测的准确性，对复合材料损伤检测更为细致，对损伤的评价更为可靠。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法。

背景技术

复合材料因其优于传统材料的性能，已经被广泛运用于各个行业领域。复合材料中又以纤维增强材料应用最广、用量最大，其特点是比重小、比强度和比模量大。许多大型结构为了保证刚度和强度的同时减轻结构重量都采用了纤维增强型复合材料。对于这些大型结构，比如风机叶片，很多都要长期不间断服役，所以及时发现结构损伤的状况有着重要的意义。

在众多无损检测技术中，声无损检测技术具有穿透检测结构内部损伤和无辐射的优点。其中，声发射检测技术区别于其他声无损检测，可以实现结构的在线健康监测，满足了大型的、长期服役结构的健康监测要求。从九十年代开始，就有学者进行了有关复合材料声发射技术的研究。但是目前的研究和工程应用都还集中在对结构整体的损伤模式鉴别，对损伤监测不够细化，预警机制不够完善。对于纤维增强型层压复合材料，不同的纤维编织层的损伤也会对结构整体损伤程度造成不同的影响。从现有的技术和研究来看，尚缺乏对纤维编织层损伤的监测工作。

发明内容

本发明提供了一种基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，利用声发射无损检测手段实现对纤维增强型复合材料的不同纤维编织层损伤状况的监测，将声发射技术与多尺度分析信号的小波分析手段以及有效的模式识别技术相结合，能够进行有效、准确且实时的纤维增强型复合材料结构的在线无损检测。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于声发射手段的复合材料纤维编织层损伤识别方法，包括以下步骤：

步骤1：建立被监测材料的损伤特征分析表；

步骤2：依据步骤1得到的损伤特征分析表建立声发射在线监测系统。

以上所述步骤中，步骤1中损伤特征分析表包括：声发射信号的时频特征和信号参数特征，步骤1中所述损伤特征分析表的建立包括以下步骤：

步骤1-1：制备需要监测的复合材料结构的不同纤维编织层的试样；

步骤1-2：对试样进行工况条件下加载直至完全破坏断裂，同时提取样品损伤时的声发射信号；

步骤1-3：将监测到的声发射信号采集记录下来进行后续处理。

以上所述步骤中，步骤1-2中声发射信号的提取包括：时频分析和模式识别聚类；考虑到复合材料损伤时产生的声发射信号是一种非平稳的瞬变信号，而小波变换方法是一种比较成熟的时频分析手段，通过伸缩和平移等功能运算对信号进行多尺度细化分析，可以有效的分析非平稳信号；所述时频分析采用小波变换的方法，由如下公式表示：

具体包括以下步骤：

步骤a：选取合适的小波基和尺度对原始信号从低频到高频分解为多层，通过FFT计算每层分解信号的频率占比及频段；

步骤b：将小波变换得到的尺度序列转换为频率序列，结合时间序列分析在不同损伤阶段的频率主要成分，结合每个损伤阶段的损伤状况最终确定各个损伤模式的损伤特征频率；

步骤c：将不同纤维编织的试样的各损伤特征频率记录到损伤特征分析表中，作为第一个特征参量。