實驗名稱：基于PZT結Lamb波方向算法的損傷定位方法

　　研究方向(xiang)：損傷定位

　　測試目的：

　　Lamb波(bo)是(shi)在(zai)具有(you)(you)(you)自由邊(bian)界的(de)(de)(de)固體板(ban)或(huo)層狀結(jie)構中傳輸(shu)的(de)(de)(de)一種(zhong)(zhong)彈性導(dao)波(bo)，由于其(qi)本身的(de)(de)(de)傳播特性，如(ru)沿傳播路徑衰減小(xiao)，能量損(sun)(sun)(sun)失(shi)小(xiao)，傳輸(shu)距離遠等(deng)，成(cheng)為現行無(wu)損(sun)(sun)(sun)檢(jian)(jian)測(ce)領域研究的(de)(de)(de)重(zhong)要手(shou)段(duan)。對(dui)于由碳纖維(wei)增強樹脂基(ji)復合材料制(zhi)造的(de)(de)(de)航空(kong)航天結(jie)構，Lamb波(bo)的(de)(de)(de)應用(yong)則(ze)更為普遍。在(zai)對(dui)其(qi)進行無(wu)損(sun)(sun)(sun)檢(jian)(jian)測(ce)時(shi)，采(cai)用(yong)何(he)種(zhong)(zhong)損(sun)(sun)(sun)傷檢(jian)(jian)測(ce)工(gong)具及方法(fa)非常重(zhong)要。在(zai)損(sun)(sun)(sun)傷檢(jian)(jian)測(ce)過程中，檢(jian)(jian)測(ce)工(gong)具通常采(cai)用(yong)壓電(dian)換能器，PZT的(de)(de)(de)輕薄特性使之(zhi)在(zai)超聲無(wu)損(sun)(sun)(sun)檢(jian)(jian)測(ce)中得到廣泛的(de)(de)(de)應用(yong)。當PZT直徑與Lamb波(bo)波(bo)長(chang)之(zhi)比足(zu)夠小(xiao)時(shi)，其(qi)可被視為完美(mei)的(de)(de)(de)檢(jian)(jian)測(ce)工(gong)具。通過雙面激勵法(fa)，即在(zai)板(ban)的(de)(de)(de)上下表面分別布置PZT，有(you)(you)(you)效抑(yi)制(zhi)了Lamb波(bo)的(de)(de)(de)多模(mo)式(shi)特性。PZT的(de)(de)(de)不同布置方式(shi)對(dui)損(sun)(sun)(sun)傷定(ding)位結(jie)果的(de)(de)(de)影(ying)響，并證明了PZT在(zai)損(sun)(sun)(sun)傷檢(jian)(jian)測(ce)中比激光測(ce)震計具有(you)(you)(you)更高的(de)(de)(de)敏感性。

　　測試設備：ATA-1372A功率放大器、任意波形發生器、PZT換能器、PZT傳感器、PX-Ie8840控制器、GTP-150A-2探棒。

　　實驗過程：

圖(tu)：實驗系統示意圖(tu)

　　本實驗系統(tong)采用(yong)傳統(tong)的Lamb波激勵和接收裝置，系統裝置如上圖所示。該系統包括任意波發生器、ATA-1372A功率放大器以及PZT換能器，接收儀器包括PZT傳感器(qi)(qi)、數字(zi)化儀，任意(yi)波發生(sheng)器(qi)(qi)和數字(zi)化儀均(jun)是(shi)由(you)(you)PX-Ie8840控制(zhi)器(qi)(qi)控制(zhi)，波形發生(sheng)器(qi)(qi)和數字(zi)化儀與PZT的(de)(de)連接均(jun)是(shi)通過探(tan)棒。系統通過任意(yi)波發生(sheng)器(qi)(qi)產(chan)生(sheng)的(de)(de)輸入信(xin)號再經電壓放(fang)大器(qi)(qi)放(fang)大后(hou)進入PZT激(ji)勵器(qi)(qi)，PZT激(ji)發的(de)(de)Lamb波信(xin)號在復(fu)合材料板(ban)中傳播(bo)一段距離后(hou)由(you)(you)PZT接收器(qi)(qi)接收，并由(you)(you)數字(zi)化儀對(dui)數據進行采集保存到計(ji)算(suan)機中。實驗中波形發生(sheng)器(qi)(qi)產(chan)生(sheng)的(de)(de)激(ji)勵波形為加漢寧窗(chuang)調(diao)制(zhi)的(de)(de)５周期正弦波，頻率為fo（300khz）。

　　實驗結果：

圖：PZT損傷前后響應信號

　　利用MATLAB軟件編寫了基于互相關理論的信號處理方法，在激勵頻率300khz的條件下，對實驗測得的信號數據進行處理，根據處理后結構健康響應信號與結構損傷響應信號的差異，用本方法能夠提取出損傷散射信號，且對散射信號重構后可以得到損傷散射信號各波包峰值對應的時間；根據PZT結在板中的位置，并選擇2，5號PZT為基準PZT，將各PZT坐標代入損傷方向計算公式結損傷判定方法利用損傷方向算法得到了各PZT結接收到的經由損傷孔散射的其中一個Lamb波方向，且方向交點確定的損傷位置與實際損傷位置距離為8.05mm，誤差在可接受范圍內。

　　今后(hou)將(jiang)進一(yi)步研究多(duo)損傷(shang)問(wen)題，針(zhen)對多(duo)損傷(shang)的多(duo)方(fang)向性，考(kao)慮到多(duo)損傷(shang)問(wen)題信(xin)號處(chu)理的復雜性，對Lamb波在碳纖維增強樹脂基復合材料中的傳播速度以及信號處理方法進行優化，從而提取出多損傷散射信號的多個損傷包絡的到達時間，實現多損傷定位。同時，對PZT結的最大間距進行討論，得到PZT間距的范圍，改進損傷方向算法，從而進一步完善損傷定位方法。

　　安泰ATA-1372A寬帶放大器：

圖(tu)：ATA-1372A功率放大器指標參數

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