一种监测各向异性材料裂纹损伤的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于各向异性材料的监测技术领域，设及一种监测各向异性材料裂纹损伤 的方法。
【背景技术】
[0002] 结构健康监测技术能大幅度地降低飞机结构的维护成本、提高飞机的安全性。其 中飞行时间法可W通过散射信号对裂纹的两个尖端进行定位，从而确定损伤的尺寸，实现 损伤的定量化。但是，对于复合材料而言，很多都是各向异性材料，导波在不同方向上的传 播速度不同。同时，即使材料本身是各项同性材料，如果材料的厚度发生变化的话，波在不 同方向传播的速度也会不同。该样使用飞行时间法进行损伤定位和定量就会存在一定误 差。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题为；提供一种监测各向异性材料损伤的方法，提高损伤定 位和定量的精度。
[0004]本发明的技术方案为；所述的方法使用两个W上的传感器单元，每个传感器单元 包括=个传感器，由一个传感器单元的任一传感器发射信号，由与该传感器单元临近的另 一传感器单元的=个传感器接收信号，将接收到的信号与基准信号相减得到裂纹损伤散射 信号，假定信号到一个传感器单元的=个传感器的传播速度相同，根据得到的=个裂纹损 伤散射信号计算得出一条关于裂纹端点的曲线；使用相同方法，使上述接收信号的传感器 单元发射信号，另一传感器单元接收信号，得出另一条关于裂纹端点的曲线，两条曲线的交 点即为裂纹的一个端点；选择临近的其他传感器单元，使用相同方法得到裂纹的另一端点， 由此得到的两个端点即可确定裂纹的准确位置和尺寸。
[0005]作为本技术方案的一种改进，通过在已知损伤点的试验件上初步试验，根据损伤 定位精度要求，确定传感器单元内=个传感器的最优相互间距。通过反向试验的方法，能够 准确的找出=个传感器之间的最优位置关系，并且成本较低，为后续的检测打好了基础。并 且，由于检测和反向试验针对的构件和环境基本相同，所W该一方法得到的结果也更加可 靠。
[0006] 所述的方法包括如下步骤：
[0007] 步骤一，在没有损伤的结构上，采集所有传感器的基准信号；
[000引在待检测区域内安装两个W上传感器单元，并在检测区域内建立坐标系，设裂纹 一个端点的坐标为(X，y。）；
[0009] 步骤二，在待检测结构件上，使其中一个传感器单元内任一传感器发射信号，与该 传感器单元相近的传感器单元内的所有传感器接收信号，接收到的信号与基准信号相减得 到裂纹损伤散射信号；
[0010] 步骤S，根据步骤S中得到的裂纹损伤散射信号计算得到一条关于X。和y。的曲 线；
[0011] 步骤四，让步骤=中接收信号的传感器单元中任一传感器发射信号，另一传感器 单元中所有传感器接收信号，接收到的信号与基准信号相减得到裂纹损伤散射信号；
[001引步骤五，根据步骤五中得到的裂纹损伤散射信号得到另外一条关于X。和y。的曲 线，求出与步骤四中得到曲线的交点，即为裂纹的一个端点；
[0013] 步骤六，选择另一组传感器单元，重复步骤二、=、四和五，得到损伤裂纹的另一端 点。
[0014] 作为该步骤的一种改进，根据该区域经常出现的裂纹形式，将传感器单元布置在 易出现裂纹区域的四周。根据W往的经验对待检测结构件进行一定的预判，有利于快速准 确地找到裂纹端点。
[001引作为该步骤的一种改进，根据W下公式计算关于X。和y。的曲线，
[0016]
【主权项】
1. 一种监测各向异性材料裂纹损伤的方法，其特征为：所述的方法使用两个以上的传 感器单元，每个传感器单元包括三个传感器，由一个传感器单元的任一传感器发射信号，由 与该传感器单元临近的另一传感器单元的三个传感器接收信号，将接收到的信号与基准信 号相减得到裂纹损伤散射信号，假定信号到一个传感器单元的三个传感器的传播速度相 同，根据得到的三个裂纹损伤散射信号计算得出一条关于裂纹端点的曲线；使用相同方法， 使上述接收信号的传感器单元发射信号，另一传感器单元接收信号，得出另一条关于裂纹 端点的曲线，两条曲线的交点即为裂纹的一个端点；选择临近的其他传感器单元，使用相同 方法得到裂纹的另一端点，由此得到的两个端点即可确定裂纹的准确位置和尺寸。
2. 根据权利要求1所述的一种监测各向异性材料裂纹损伤的方法，其特征为：通过在 已知损伤点的试验件上初步试验，根据损伤定位精度要求，确定传感器单元内三个传感器 的最优相互间距。
3. 根据权利要求1所述的一种监测各向异性材料裂纹损伤的方法，其特征为：所述的 方法包括如下步骤： 步骤一，在没有损伤的结构上，采集所有传感器的基准信号； 在待检测区域内安装两个以上传感器单元，并在检测区域内建立坐标系，设裂纹一个 端点的坐标为（x^y。）； 步骤二，在待检测结构件上，使其中一个传感器单元内任一传感器发射信号，与该传感 器单元相近的传感器单元内的所有传感器接收信号，接收到的信号与基准信号相减得到裂 纹损伤散射信号； 步骤三，根据步骤三中得到的裂纹损伤散射信号计算得到一条关于X。和y。的曲线； 步骤四，让步骤三中接收信号的传感器单元中任一传感器发射信号，另一传感器单元 中所有传感器接收信号，接收到的信号与基准信号相减得到裂纹损伤散射信号； 步骤五，根据步骤五中得到的裂纹损伤散射信号得到另外一条关于X。和y。的曲线，求 出与步骤四中得到曲线的交点，即为裂纹的一个端点； 步骤六，选择另一组传感器单元，重复步骤二、三、四和五，得到损伤裂纹的另一端点。
4. 根据权利要求3所述的一种监测各向异性材料裂纹损伤的方法，其特征为：根据该 区域经常出现的裂纹形式，将传感器单元布置在易出现裂纹区域的四周。
5. 根据权利要求3所述的一种监测各向异性材料裂纹损伤的方法，其特征为：根据以 下公式计算关于X。和y。的曲线，
其中接收信号的传感器坐标为（Xl，yi)、（x2, y2)和（x3, y3)，三个传感器接收信号的时间 差为Δ t12和Δ t 13。
【专利摘要】本发明属于各向异性材料的监测技术领域，涉及一种监测各向异性材料裂纹损伤的方法。所述的方法使用两个以上传感器单元，一个传感器单元内的任一传感器发射信号，与该传感器单元临近的传感器单元内三个传感器接收信号，将接收到的信号与基准信号相减得到裂纹损伤散射信号，计算得出一条关于裂纹端点的曲线；使用相同方法，得出另一条关于裂纹端点的曲线，两条曲线的交点即为裂纹的一个端点；选择其他传感器单元，使用相同方法得到裂纹的另一端点。本方法不需要假定被监测对象为各向同性结构，适合目前越来越广泛应用于飞机结构的复合材料和变厚度材料等各向异性结构的裂纹损伤定位和定量化监测，为结构健康监测带来了更高的精确性。
【IPC分类】G01N29-04
【公开号】CN104880511
【申请号】CN201510271766
【发明人】杜朝亮, 杨海楠, 胡婷萍, 卿新林
【申请人】中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心, 中国商用飞机有限责任公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月25日