一種直升機(jī)復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于動力學(xué)邊界效應(yīng)的復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在復(fù)合材料槳葉的生產(chǎn)過程中廣泛采用的無損檢測方法包括超聲波法、X光等多種無損檢測技術(shù)，各種檢查方法均存在各自的不足，如超聲波法需要提前獲得被試件的性能參數(shù)，且測試精度取決于探頭的大小。X光檢測僅對較大密度變化的損傷敏感，對復(fù)合材料檢測精度較低。以上的檢測方法均不能實現(xiàn)部件在工作狀態(tài)的在線檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的:本發(fā)明的目的彌補(bǔ)常規(guī)檢測方法的不足，建立一種非接觸式的、高精度的、模型無關(guān)的、在線無損檢測方法?？梢詫崿F(xiàn)對直升機(jī)復(fù)合材料槳葉結(jié)構(gòu)小損傷，如裂紋、分層、內(nèi)部空洞等的精確定位。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案:本發(fā)明是一種動力學(xué)邊界效應(yīng)檢測方法(BEEM)，其基本原理為:缺陷或者損傷會在結(jié)構(gòu)件中引入新的邊界，并影響邊界處的振動響應(yīng)，產(chǎn)生空間局部效應(yīng)，利用動力學(xué)理論方法可以從結(jié)構(gòu)的工作變形ODS (振動響應(yīng))中提取出中心解和邊界層解。當(dāng)結(jié)構(gòu)中存在缺陷或損傷時，邊界層解在損傷邊界位置處其值為非零；而遠(yuǎn)離損傷邊界的位置其值為零，因此，可以把邊界層解作為損傷檢測指標(biāo)，利用這些損傷指標(biāo)的特性來定位損傷。
[0005]一種直升機(jī)復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)，包括信號發(fā)生器1、功率放大器2、激振器3、無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4、臺鉗5、含視頻頭6-1、傳感器頭6-2的掃描激光頭6、信號控制箱7、視頻控制箱8。其中試驗件固定在臺鉗5上，激振器3與試件相連，激振器3受信號發(fā)生器I產(chǎn)生的并經(jīng)功率放大器2放大的激振信號控制，信號發(fā)生器I產(chǎn)生的信號同時還提供給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4使用；試件左側(cè)位置為包括視頻頭6-1和傳感器頭6-2組成的激光掃描頭6，傳感器頭6-2由信號控制箱7控制，并向信號控制箱7反饋信號，經(jīng)信號控制箱采集處理后提供給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4 ;視頻頭6-1受視頻控制箱8控制，并反饋視頻掃描結(jié)果，視頻掃描結(jié)果經(jīng)視頻控制箱采集處理后提供給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4。
[0006]一種直升機(jī)復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)及方法，包括以下步驟
[0007]第一步、將被檢測槳葉試件夾在臺鉗5上；控制信號發(fā)生器I的產(chǎn)生激勵信號，經(jīng)功率放大器2放大后，控制激振器3對被檢測槳葉試件進(jìn)行掃頻激勵。通過掃描激光頭6采集信號后經(jīng)信號控制箱7、視頻控制箱8后傳給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4。無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)通過五次傅里葉平均，獲得槳葉試件的前八階模態(tài)固有頻率。
[0008]第二步、依據(jù)被測槳葉試件厚度，在固有頻率中選擇噪聲干擾最小的頻率作為激振頻率。采用諧波快掃描和快速采集方式，獲得結(jié)構(gòu)工作變形數(shù)據(jù)，采集后傳給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4。
[0009]第三步、由無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4進(jìn)行分析，提取邊界層函數(shù)，根據(jù)各損傷指標(biāo)的特性，完成損傷識別和定位。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0011]本發(fā)明是一種模型無關(guān)法，不需要建立結(jié)構(gòu)未損傷時的基準(zhǔn)模型。只需用測試損傷后結(jié)構(gòu)的工作變形，然后利用移動窗口最小二乘數(shù)據(jù)擬合技術(shù)從工作變形中提取邊界效應(yīng)來判定缺陷和損傷。
[0012]本發(fā)明可以實現(xiàn)工作環(huán)境激勵下的在線檢測。因為工作變形為結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)工作振型，所以可以利用部件的工作環(huán)境激勵來進(jìn)行現(xiàn)場掃描，實現(xiàn)在線檢測，無需特殊激勵條件；而且可以通過將被測構(gòu)件劃分成多塊區(qū)域的方法實現(xiàn)大型構(gòu)件的檢測。
[0013]本發(fā)明對損傷敏感，識別較高精度。研究表明，這種方法可以檢測小損傷，例如可以對損傷程度1% (裂紋寬度與梁長度之比)的裂紋進(jìn)行位置定位和程度估計，能檢測到質(zhì)量特性0.018%的附加變化。
【附圖說明】
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[0014]圖1為本發(fā)明無損檢測系統(tǒng)構(gòu)成要素示意圖；
[0015]圖2為無損檢測系統(tǒng)構(gòu)成要素示意圖；
[0016]圖3為實施例含兩孔復(fù)合材料槳葉的無損檢測指標(biāo)示意圖。
[0017]其中:1_信號發(fā)生器2-功率放大器3-激振器4-無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)5-臺鉗6-掃描激光頭6-1-視頻頭6-2-傳感器頭7-信號控制箱8-視頻控制箱。
【具體實施方式】
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[0018]實施例:下面結(jié)合實例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]圖2是一片含兩孔的復(fù)合材料槳葉,該槳葉總長541mm,弦向長度60mm,翼型選用NACAOO12ο實驗中彈性模量E取124X101Qpa，密度P = 2.7X 103kg/m3，I #孔及2 #孔在長度方向上的位置分別為Λχ = 0.39以及Ax = 0.6附近。
[0020]無損檢測及分析的過程、步驟如下:
[0021](I)將被檢測槳葉試件夾在臺鉗5上，控制信號發(fā)生器I的產(chǎn)生激勵信號，經(jīng)功率放大器2放大后，控制激振器3對被檢測槳葉試件進(jìn)行掃頻激勵。掃頻時所采用的掃頻范圍為[0，2000]Ηζ，線數(shù)3200。通過掃描激光頭6采集信號后經(jīng)信號控制箱7、視頻控制箱8后傳給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4。無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)通過五次傅里葉平均，確定出該含兩孔復(fù)合材料槳葉的前八階模態(tài)固有頻率，分別為15.63,98.44,270.3、543.8,821.9,989.8、1478、2241Ηζ。
[0022](2)選取合適的激振電壓以及布點總數(shù)，本次布點總數(shù)M = 269因為被測槳葉厚度相對較厚，采用的激振電壓也較大，選用的激振電壓U = 0.5V，但是過大的激振電壓激振時會產(chǎn)生大的噪聲，這對于損傷檢測來說非常不利，所以應(yīng)根據(jù)測量需要，選取合適的激振電壓。選取第五階模態(tài)頻率821.9Hz進(jìn)行激勵，采用諧波快掃描和快速采集方式，頻率帶寬選取激振頻率的0.02%，為減少試驗噪聲的影響，定頻激勵時加入帶通濾波，本次試驗中采取定頻激勵頻率的±4Hz的頻率通過。
[0023](3)由無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)4對試驗中獲得的工作變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)各損傷指標(biāo)的特性，完成損傷識別和定位。結(jié)果分析如圖3，從其中的各個損傷曲線中可以看出:
[0024]損傷指標(biāo)曲線C1XC3X3的尖峰,C4-CdP C4的突然變號，可以清晰地指示I #孔和2 #孔的位置，這四個指標(biāo)很好地顯示了損傷(即小孔)的位置。
【主權(quán)項】
1.一種直升機(jī)復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)，其特征是，包括信號發(fā)生器(I)、功率放大器(2)、激振器(3)、無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)(4)、臺鉗(5)、含視頻頭(6-1)、傳感器頭(6-2)的掃描激光頭(6)、信號控制箱(7)、視頻控制箱⑶；其中試驗件固定在臺鉗(5)上，激振器(3)與試件相連，激振器(3)受信號發(fā)生器(I)產(chǎn)生的并經(jīng)功率放大器(2)放大的激振信號控制，信號發(fā)生器(I)產(chǎn)生的信號同時還提供給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)(4)使用；試件左側(cè)位置為包括視頻頭(6-1)和傳感器頭(6-2)組成的激光掃描頭￠)，傳感器頭(6-2)由信號控制箱(7)控制，并向信號控制箱(7)反饋信號，經(jīng)信號控制箱采集處理后提供給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)(4);視頻頭(6-1)受視頻控制箱(8)控制，并反饋視頻掃描結(jié)果，視頻掃描結(jié)果經(jīng)視頻控制箱采集處理后提供給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)⑷。2.一種直升機(jī)復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)及方法，其特征是，包括以下步驟: 第一步、將被檢測槳葉試件夾在臺鉗(5)上；控制信號發(fā)生器⑴的產(chǎn)生激勵信號，經(jīng)功率放大器(2)放大后，控制激振器(3)對被檢測槳葉試件進(jìn)行掃頻激勵；通過掃描激光頭(6)采集信號后經(jīng)信號控制箱(7)、視頻控制箱(8)后傳給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)(4);無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)通過五次傅里葉平均，獲得槳葉試件的前八階模態(tài)固有頻率； 第二步、依據(jù)被測槳葉試件厚度，在固有頻率中選擇噪聲干擾最小的頻率作為激振頻率；采用諧波快掃描和快速采集方式，獲得結(jié)構(gòu)工作變形數(shù)據(jù)，采集后傳給無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)(4)； 第三步、由無損檢測指標(biāo)提取與分析系統(tǒng)(4)進(jìn)行分析，提取邊界層函數(shù)，根據(jù)各損傷指標(biāo)的特性，完成損傷識別和定位。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)及方法，具體涉及一種基于動力學(xué)邊界效應(yīng)的復(fù)合材料槳葉損傷檢測系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的目的彌補(bǔ)常規(guī)檢測方法的不足，建立一種非接觸式的、高精度的、模型無關(guān)的、在線無損檢測方法。可以實現(xiàn)對直升機(jī)復(fù)合材料槳葉結(jié)構(gòu)小損傷，如裂紋、分層、內(nèi)部空洞等的精確定位。
【IPC分類】G01N29/12
【公開號】CN105092708
【申請?zhí)枴緾N201410188694
【發(fā)明人】徐海斌, 李良操, 馬戰(zhàn)奇, 劉勇, 劉潔, 劉志芳
【申請人】哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月7日