一種直升機復合材料槳葉損傷檢測系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種復合材料槳葉損傷檢測系統及方法，具體涉及一種基于動力學邊界效應的復合材料槳葉損傷檢測系統及方法。
【背景技術】
[0002]目前，在復合材料槳葉的生產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，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，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，對復合材料檢測精度較低。以上的檢測方法均不能實現部件在工作狀態的在線檢測。

【發明內容】

[0003]本發明的目的:本發明的目的彌補常規檢測方法的不足，建立一種非接觸式的、高精度的、模型無關的、在線無損檢測方法。可以實現對直升機復合材料槳葉結構小損傷，如裂紋、分層、內部空洞等的精確定位。
[0004]本發明的技術方案:本發明是一種動力學邊界效應檢測方法(BEEM)，其基本原理為:缺陷或者損傷會在結構件中引入新的邊界，并影響邊界處的振動響應，產生空間局部效應，利用動力學理論方法可以從結構的工作變形ODS (振動響應)中提取出中心解和邊界層解。當結構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，利用這些損傷指標的特性來定位損傷。
[0005]一種直升機復合材料槳葉損傷檢測系統，包括信號發生器1、功率放大器2、激振器3、無損檢測指標提取與分析系統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受信號發生器I產生的并經功率放大器2放大的激振信號控制，信號發生器I產生的信號同時還提供給無損檢測指標提取與分析系統4使用；試件左側位置為包括視頻頭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，經信號控制箱采集處理后提供給無損檢測指標提取與分析系統4 ;視頻頭6-1受視頻控制箱8控制，并反饋視頻掃描結果，視頻掃描結果經視頻控制箱采集處理后提供給無損檢測指標提取與分析系統4。
[0006]一種直升機復合材料槳葉損傷檢測系統及方法，包括以下步驟
[0007]第一步、將被檢測槳葉試件夾在臺鉗5上；控制信號發生器I的產生激勵信號，經功率放大器2放大后，控制激振器3對被檢測槳葉試件進行掃頻激勵。通過掃描激光頭6采集信號后經信號控制箱7、視頻控制箱8后傳給無損檢測指標提取與分析系統4。無損檢測指標提取與分析系統通過五次傅里葉平均，獲得槳葉試件的前八階模態固有頻率。
[0008]第二步、依據被測槳葉試件厚度，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，獲得結構工作變形數據，采集后傳給無損檢測指標提取與分析系統4。
[0009]第三步、由無損檢測指標提取與分析系統4進行分析，提取邊界層函數，根據各損傷指標的特性，完成損傷識別和定位。
[0010]本發明的優點:
[0011]本發明是一種模型無關法，不需要建立結構未損傷時的基準模型。只需用測試損傷后結構的工作變形，然后利用移動窗口最小二乘數據擬合技術從工作變形中提取邊界效應來判定缺陷和損傷。
[0012]本發明可以實現工作環境激勵下的在線檢測。因為工作變形為結構的穩態響應工作振型，所以可以利用部件的工作環境激勵來進行現場掃描，實現在線檢測，無需特殊激勵條件；而且可以通過將被測構件劃分成多塊區域的方法實現大型構件的檢測。
[0013]本發明對損傷敏感，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)的裂紋進行位置定位和程度估計，能檢測到質量特性0.018%的附加變化。
【附圖說明】
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[0014]圖1為本發明無損檢測系統構成要素示意圖；
[0015]圖2為無損檢測系統構成要素示意圖；
[0016]圖3為實施例含兩孔復合材料槳葉的無損檢測指標示意圖。
[0017]其中:1_信號發生器2-功率放大器3-激振器4-無損檢測指標提取與分析系統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:下面結合實例對本發明做進一步詳細描述。
[0019]圖2是一片含兩孔的復合材料槳葉,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，控制信號發生器I的產生激勵信號，經功率放大器2放大后，控制激振器3對被檢測槳葉試件進行掃頻激勵。掃頻時所采用的掃頻范圍為[0，2000]Ηζ，線數3200。通過掃描激光頭6采集信號后經信號控制箱7、視頻控制箱8后傳給無損檢測指標提取與分析系統4。無損檢測指標提取與分析系統通過五次傅里葉平均，確定出該含兩孔復合材料槳葉的前八階模態固有頻率，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，本次布點總數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生大的噪聲，這對于損傷檢測來說非常不利，所以應根據測量需要，選取合適的激振電壓。選取第五階模態頻率821.9Hz進行激勵，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)由無損檢測指標提取與分析系統4對試驗中獲得的工作變形數據進行分析，根據各損傷指標的特性，完成損傷識別和定位。結果分析如圖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，這四個指標很好地顯示了損傷(即小孔)的位置。
【主權項】
1.一種直升機復合材料槳葉損傷檢測系統，其特征是，包括信號發生器(I)、功率放大器(2)、激振器(3)、無損檢測指標提取與分析系統(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)受信號發生器(I)產生的并經功率放大器(2)放大的激振信號控制，信號發生器(I)產生的信號同時還提供給無損檢測指標提取與分析系統(4)使用；試件左側位置為包括視頻頭(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，經信號控制箱采集處理后提供給無損檢測指標提取與分析系統(4);視頻頭(6-1)受視頻控制箱(8)控制，并反饋視頻掃描結果，視頻掃描結果經視頻控制箱采集處理后提供給無損檢測指標提取與分析系統⑷。2.一種直升機復合材料槳葉損傷檢測系統及方法，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；控制信號發生器⑴的產生激勵信號，經功率放大器(2)放大后，控制激振器(3)對被檢測槳葉試件進行掃頻激勵；通過掃描激光頭(6)采集信號后經信號控制箱(7)、視頻控制箱(8)后傳給無損檢測指標提取與分析系統(4);無損檢測指標提取與分析系統通過五次傅里葉平均，獲得槳葉試件的前八階模態固有頻率； 第二步、依據被測槳葉試件厚度，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，獲得結構工作變形數據，采集后傳給無損檢測指標提取與分析系統(4)； 第三步、由無損檢測指標提取與分析系統(4)進行分析，提取邊界層函數，根據各損傷指標的特性，完成損傷識別和定位。
【專利摘要】本發明涉及一種復合材料槳葉損傷檢測系統及方法，具體涉及一種基于動力學邊界效應的復合材料槳葉損傷檢測系統及方法。本發明的目的彌補常規檢測方法的不足，建立一種非接觸式的、高精度的、模型無關的、在線無損檢測方法。可以實現對直升機復合材料槳葉結構小損傷，如裂紋、分層、內部空洞等的精確定位。
【IPC分類】G01N29/12
【公開號】CN105092708
【申請號】CN201410188694
【發明人】徐海斌, 李良操, 馬戰奇, 劉勇, 劉潔, 劉志芳
【申請人】哈爾濱飛機工業集團有限責任公司
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月7日