飞机检测手则中最小检测区域原则，对飞机蒙皮结构面板中可能 存在的损伤进行检测，包括以下步骤：
[0036](1)、将9个压电片组成的压电片阵列粘贴在半径为110mm的圆形接触片上，所述 压电片阵列包括以接触片圆心为中心，在接触片的水平方向和竖直方向上各均匀设置的4 个压电片以及设置在接触片圆心的压电片；
[0037] 水平方向的压电片从左到右依次标号为1、2、3、4和5,竖直方向的压电片从上到 下依次标号为1'、2'、3、4'和5'。在可见损伤的最长轴单边至少扩大100mm的圆形区域进 行检测，保证面积大于20*20mm的损伤全部被检出，设定1和5号压电片的距离以及Γ和 5'号压电片的距离为220mm，进入步骤（2);
[0038](2)、在可能存在损伤区域400mm以外，随即设置η个无损伤区域测试点（保证无 损伤区域测试点的材料、力学边界条件与损伤区域测试点的一致），用清洁液将待测飞机结 构区域及周围区域表面进行清洁，用可去除粘结剂将接触片依次附着于待测飞机结构的 无损伤区域的η个测试点，按从左到右、从上到下的顺序对接触片上的压电片阵列施加高 频电压激励，并依次接收压电片阵列反馈的电导纳信号，进入步骤（3);
[0039] (3)、选取步骤（2)中接收到的无损电导纳信号的谐振幅值变化小于0.001S 的频带作为检测频段，并确定无损伤信号电导纳的随机误差分布作为基准数据，计 算每个压电片所得的η组无损电导纳中任意两组之间无损电导纳的互相关系数
实中，Ν为采样点数；i为第i个采样点，i= 1，2,3…N;XjP t为任意两组测试的无损电导纳值；罵为&的平均值；写为t的平均值；为Χι的标准 差，％为I的标准差；进入步骤⑷；
[0040] (4)、计算步骤（3)中获得的获得9组，每组为·^^^个的互相关系数R的均值 μ和均方差σ，设定损伤阀值ΤΗ=μ-3σ，进入步骤（5);
[0041] (5)、用可去除粘结剂将接触片附着于待测结构的第j个测试点，在步骤（3)确定 的检测频段下，依次给接触片上水平方向编号为1、2、3、4和5的压电片施加高频激励，并依 次接受各压电片反馈的电导纳信号，其中j= 1，2, 3…m，进入步骤（6);
[0042] (6)、将接触片上水平方向的各个压电片的电导纳信号与步骤（3)获得的接触片 上任意一个压电片产生的无损伤电导纳信号进行水平方向的互相关系数&的计算，若存在 R/J、于损伤阀值TH，说明损伤存在，进入步骤（7);若1^均大于等于阀值TH，说明无损伤存 在，继续进行下一个测试点的测试，进入步骤（5);
[0043] 图2为无损伤和损伤区域压电片的电导纳信号的实部曲线，图中虚线为测试获得 的损伤区域压电片2的电导纳实部曲线，实线为测试获得的无损伤区域的压电片2的电导 纳实部曲线，从图中可以看到，损伤区域的压电片的电导纳曲线相对于无损情况发生了偏 移（峰值出现时的固有频率发生向左偏移），且峰值有所变化，证明了损伤存在。图3为无 损伤和损伤区域压电片的电导纳信号的实部的互相关系数值的柱状图，1号、2号和3号压 电片反馈的电导纳的互相关系数柱状图，可以看出Rx2〈Rx3〈Rxl，可以说明损伤对距离较近的 压电片2反馈的电导纳曲线的影响比较大，而对距离较远的压电片1和压电片3的影响较 小，同时，由Rx3〈Rxl，可以判断损伤位于压电片2和压电片3之间。
[0044] (7)、选取艮值最小的压电片2和与其相临的压电片1和压电片3进行损伤水平位 置的计算，将压电片2、压电片1和压电片3的电导纳实部互相关系数Rx2、Rxl和Rx3代入公 式
得到三个方程，求解方程组得到损伤与压电片之间的水 平距离X，X在坐标系中的位置见图4;其中，q= 1，2, 3, 4, 5,Rxq为水平方向上第q个压电 片的电导纳实部互相关系数；Lxq为损伤与压电片之间的距离；a和b为待定系数；x〗=55心 P表示距离起标示作用；进入步骤（8);
[0045] (8)、在步骤（3)确定的检测频段下，依次给接触片上竖直方向编号为1'、2'、3、4' 和5'的压电片施加高频激励，并依次接受各压电片反馈的电导纳信号，进入步骤（9);
[0046] (9)、将接触片上竖直方向的各个压电片的电导纳信号与步骤（3)获得的接触片 上任意一个压电片产生的无损伤电导纳信号进行竖直方向的互相关系数&的计算，并找出 Ry最小的压电片，进入步骤（10);
[0047](10)、选取&值最小的压电片3和其相临的压电片2'和压电片4'进行损伤水平 位置的计算，将压电片3、压电片2'和压电片4'的电导纳实部互相关系数Ry3、Ry2和Ry4代 入公式选
，得到三个方程，求解方程组得到损伤与压电片 之间的竖直距离y，y在坐标系中的位置见图4;其中，k= 1，2, 3, 4, 5，Ryk为竖直方向上第k个压电片的电导纳实部互相关系数；Lyk为损伤与压电片之间的距离；a'和b'为待定系 数；％ = 55&，p表示距离起标示作用。
[0048] 由步骤7)和10)获得的损伤在水平方向的位置X和竖直方向的位置y，可实现对 损伤的定位。
【主权项】
1. 一种基于親合机电阻抗的复合材料机翼损伤定位方法，其特征在于：包括以下步 骤： (1) 、将9个压电片组成的压电片阵列粘贴在圆形的接触片上，所述压电片阵列包括以 接触片圆心为中心，在接触片的水平方向和竖直方向上各均匀设置的4个压电片以及设置 在接触片圆心的压电片，进入步骤（2); (2) 、将接触片依次附着于待测结构的无损伤区域的η个测试点，按从左到右、从上到 下的顺序对接触片上的压电片阵列施加高频电压激励，并依次接收压电片阵列反馈的无损 电导纳信号，进入步骤（3); (3) 选取步骤（2)中接收到的无损电导纳信号的谐振幅值变化小于0. 001S的 频带作为检测频段，并确定无损伤信号电导纳的随机误差分布作为基准数据，计 算每个压电片所得的η组无损电导纳中任意两组无损电导纳之间的互相关系数其中，Ν为采样点数；i为第i个采样点，i= 1，2,3-4式和 t为任意两组测试的无损电导纳值；笔为&的平均值；f为t的平均值；为&的标准 差和，为1的标准差；进入步骤（4); (4) 、计算步骤（3)中获得的获得9组，每组为个的互相关系数R的均值μ和 均方差σ，设定损伤阀值ΤΗ=μ-3σ，进入步骤（5); (5) 、用可去除粘结剂将接触片附着于待测结构的第j个测试点，在步骤（3)确定的检 测频段下，按从左到右的顺序对接触片上水平方向的压电片施加高频电压激励，并依次接 受各压电片反馈的电导纳信号，其中j= 1，2, 3…m，进入步骤（6); (6) 、将接触片上水平方向的各个压电片的电导纳信号与步骤（3)获得的接触片上任 意一个压电片反馈的无损伤电导纳信号分别进行水平方向的互相关系数&的计算，若存在 R/J、于损伤阀值TH，说明损伤存在，进入步骤（7);若1^均大于等于阀值TH，说明无损伤存 在，继续进行下一个测试点的测试，进入步骤（5); (7) 、选取Rx值最小的压电片和与其相临的两个压电片进行损伤水平位置的计算，将Rx 值最小的压电片的电导纳实部互相关系数以及与其相临的两个压电片的电导纳实部互相,得到三个方程，求解方程组得到损伤与压 电片之间的水平距离X，其中，q= 1，2, 3, 4, 5,Rxq为水平方向上第q个压电片的电导纳实 部互相关系数；Lxq为损伤与压电片之间的距离；a和b为待定系数；4 = ，p表示距离起 标示作用；进入步骤（8); (8) 、在步骤（3)确定的检测频段下，按从上到下的顺序对接触片上竖直方向的压电片 阵列施加高频电压激励，并依次接受各压电片反馈的电导纳信号，进入步骤（9); (9) 、将接触片上竖直方向的各个压电片的电导纳信号与步骤（3)获得的接触片上任 意一个压电片产生的无损伤电导纳信号进行竖直方向的互相关系数Ry的计算，并找出1最 小的压电片，进入步骤（10); (10)、选取Ry值最小的压电片和与其相临的两个压电片进行损伤水平位置的计算，将 &值最小的压电片的电导纳实部互相关系数以及与其相临的电导纳实部互相关系数代入，得到三个方程，求解方程组得到损伤与压电片之间 的竖直距离y，其中，k= 1，2, 3, 4, 5,Ryk为竖直方向上第k个压电片的电导纳实部互相关 系数；Lyk为损伤与压电片之间的距离；a'和b'为待定系数；< = 55hp表示距离起标示 作用。2. 根据权利要求1所述的基于耦合机电阻抗的复合材料机翼损伤定位方法，其特征在 于：所述的接触片的半径为110mm〇3. 根据权利要求1所述的基于耦合机电阻抗的复合材料机翼损伤定位方法，其特征在 于：所述的步骤（2)中和步骤（5)中，采用可去除粘结剂将接触片依次附着于待测结构的测 试点上，所述可去除粘结剂为可去除高模量粘结剂。
【专利摘要】本发明公开了一种基于耦合机电阻抗的复合材料飞机机翼损伤定位方法，首先，制备压电片阵列；其次，按预定的水平和竖直顺序，对粘接在飞机机翼无损区的压电片阵列施加激励，进行电导纳测试，确定检测频段和无损伤信号电导纳的随机误差分布，并设定损伤阈值；再次，对飞机有损区域进行电导纳信号测试，并计算其与无损状况下导纳信号的互相关系数；最后，对损伤进行互相关系数损伤阀值判断，以及损伤水平和垂直方向插值定位。本发明采用压电片阵列避免了由于压电片多次粘结造成的粘结界面不均匀的问题，提高了操作精度，采用互相关系数损伤阀值判断和损伤插值定位，不仅实现了损伤的检出，还实现了对损伤的定位。
【IPC分类】G01N27/02
【公开号】CN105388190
【申请号】CN201510788101
【发明人】铁瑛, 李成, 牛冬冬, 陈功轩, 郑艳萍, 赵华东, 段玥晨
【申请人】郑州大学
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年11月17日