碳纤维复合材料声发射源定位实验研究

复合材料科学与工程 ›› 2020, Vol. 0 ›› Issue (6): 5-9.

• 基础研究 • 下一篇

碳纤维复合材料声发射源定位实验研究

齐添添¹, 陈尧¹, 何才厚^1,2, 李秋锋^1*
本文作者还有卢超¹, 陈果¹, 黄丽霞¹。

1.无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学),南昌330063;
2.江西省特种设备检验检测研究院鹰潭分院,鹰潭335000

收稿日期:2019-09-10 出版日期:2020-06-28 发布日期:2020-06-28
通讯作者: 李秋锋(1976-),男,教授,博士,硕士研究生导师,主要从事声学检测技术及检测信号处理等方面的研究,qiufenglee@163.com。
作者简介:齐添添(1995-),女,硕士研究生,主要从事声学检测技术方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(11764030,51865033);江西省优势科技创新团队建设专项计划(20171BCB24008) ;江西省教育厅科技项目(GJJ14530,GJJ170577);江西省自然科学基金(20171BAB206039);江西省质监局科技计划项目(GZJKE201810);南昌航空大学研究生创新专项资金项目(YC2018043)

EXPERIMENTAL RESEARCH ON ACOUSTIC EMISSION SOURCE LOCALIZATION FOR CARBON FIBER COMPOSITE

QI Tian-tian¹, CHEN Yao¹, HE Cai-hou^1,2, LI Qiu-feng^1*

1. Key Laboratory of NDT (Nanchang Hangkong University), Ministry of Education, Nanchang 330063, China;
2. Yingtan Branch of Special Equipment Inspection and Research Institute of Jiangxi, Yingtan 335000, China

Received:2019-09-10 Online:2020-06-28 Published:2020-06-28

摘要/Abstract

摘要： 声发射检测技术可实现材料的动态监测,同时也存在一定的局限性,声发射信号在具有各向异性的碳纤维复合材料中的传播更为复杂,因此声发射源损伤定位有较大偏差。针对碳纤维复合材料板的声发射定位要求,采用一种时间反转聚焦增强算法。首先根据时间反转基本原理推导出信号增强处理方程式,可以推算出声源聚焦时刻,进而使声源信号场波幅值聚焦增强,提高信噪比;然后对检测区域进行波动图重构,通过聚焦信号对声源进行准确定位;最后通过实验对该定位算法进行验证,实验结果表明该定位算法可实现对复杂各向异性材料的声发射源定位,且定位精度较常规仪器定位方法有较大提高。

关键词: 声发射检测, 碳纤维复合材料, 声源定位, 聚焦时刻, 信噪比

Abstract: Acoustic Emission (AE) testing technology can realize the dynamic monitoring of materials, and it also has certain limitations. Because the AE signal is more complicated in the anisotropic carbon fiber composite material, the AE source damage location has a large deviation. A time reversal focusing and enhancing algorithm is used for the AE positioning requirements of carbon fiber composite plate. Firstly, according to the basic theory of time reversal, the signal enhancement processing equation is derived, and the focus time of the AE source can be calculated, furthermore enhancing the focus amplitude of the AE source signal field and the signal to noise ratio (SNR) is improved. Then the wave image is reconstructed in the detection area, and the AE source is accurately positioned by the focus signal. Finally, the method has been verified through experiment, and the results show that the localization algorithm can locate the AE source of complex anisotropic materials, and the positioning accuracy is greatly improved compared with the conventional instrument positioning method.

Key words: acoustic emission (AE) testing, carbon fiber composite, source location, focusing time, signal noise ratio (SNR)

中图分类号:

TB332

齐添添, 陈尧, 何才厚, 李秋锋. 碳纤维复合材料声发射源定位实验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(6): 5-9.

QI Tian-tian, CHEN Yao, HE Cai-hou, LI Qiu-feng. EXPERIMENTAL RESEARCH ON ACOUSTIC EMISSION SOURCE LOCALIZATION FOR CARBON FIBER COMPOSITE[J]. Composites Science and Engineering, 2020, 0(6): 5-9.

参考文献

[1] 郑洁, 姚磊江, 程起有, 等. 复合材料损伤的声发射试验研究[J]. 机械科学与技术, 2010, 29(11): 1478-1481.
[2] 龙小江, 李秋锋, 何才厚, 等. 不同拉伸速率下钢材损伤的声发射监测评价[J]. 振动与冲击, 2017, 36(7): 219-225.
[3] 黄展鸿, 黄春芳, 张鉴炜, 等. 声发射技术在纤维增强复合材料损伤检测和破坏过程分析中的应用研究进展[J]. 材料导报, 2018, 32(7): 1122-1128.
[4] Gutkin R, Green C J, Vangrattanachai S, et al. On acoustic emission for failure investigation in CFRP: Pattern recognition and peak frequency analyses[J]. Mechanical Systems and Signal Processing, 2011, 25(4): 1393-1407.
[5] 袁梅, 商富凯, 董韶鹏. 基于经验小波变换的复合材料板声发射源定位[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(7): 1395-1401.
[6] 商雅静, 尹寒飞, 周伟, 等. 碳纤维三维四向编织复合材料拉伸变形与损伤破坏行为[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018(12): 41-46.
[7] Jiang Y, Yu M J. Influence of birefringence fibre length on demodulation sensitivity based on a fibre loop mirror sensor[J]. IET Optoelectronics, 2018,12 (5): 254-257.
[8] 李昕, 罗更生, 龙盛蓉, 等. 钢板声发射时间反转聚焦增强定位方法[J]. 仪器仪表学报, 2016, 37(8): 1792-1799.
[9] Ciampa F, Meo M. Acoustic emission localization in complex dissipa-tive anisotropic structures using a one-channel reciprocal time reversal method[J]. The Journal of the Acoustical Society of America, 2011, 130(1): 168.
[10] 马慧颖, 曾向阳. 声学时间反转定位方法及其应用[J]. 电声技术, 2015, 39(7): 30-34.
[11] 张海燕, 孙修立, 曹亚萍, 等. 基于时间反转理论的聚焦Lamb波结构损伤成像[J]. 物理学报, 2010, 59(10): 7111-7119.
[12] 冯勇明, 周丽. 基于Lamb波时间反转的复合材料结构损伤监测[J]. 中国机械工程, 2011, 22(20): 2476-2480.
[13] 邱雷, 袁慎芳, 张逍越, 等. 基于Shannon复数小波的复合材料结构时间反转聚焦多损伤成像方法[J]. 复合材料学报, 2010, 27(2): 101-107.
[14] Pejryd L, Beno T, Carmignato S. Computed tomography as a tool for examining surface integrity in drilled holes in CFRP composites[J]. Procedia CIRP, 2014, 13: 43-48.
[15] 邵翔,张士晶,欧阳未, 等. 飞机蜂窝复合材料板压缩过程的声发射定位研究[J]. 失效分析与预防, 2013, 8(3): 151-155.
[16] 刘增华, 董拓灿, 彭秋玲, 等. 碳纤维复合材料板的声发射源定位[J]. 无损检测, 2016, 38(10): 48-52.
[17] 叶荣耀, 王强, 范昕炜, 等. 基于时间反转法的单传感器复合材料声发射源定位研究[J]. 武汉理工大学学报, 2014, 36(12): 22-26.
[18] Aljets D, Chong A, Wilcox S, et al. Acoustic emission source location on large plate-like structures using a local triangular sensor array[J]. Mechanical Systems & Signal Processing, 2012, 30(7): 91-102.
[19] 王宗炼, 任会兰, 宁建国. 基于小波变换降噪的声发射源定位方法[J]. 振动与冲击, 2018, 37(4): 226-232, 248.
[20] 李秋锋, 陈建娟, 何才厚, 等. 基于时间反转聚焦的声发射源定位算法[J]. 传感技术学报, 2015, 28(11): 1659-1663.
[21] Jiang Y, Liang D K, Lu J Y. Voltage demodulation and vibration monitoring based on a polarization maintaining fiber loop mirror[J].Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2017, 28(13): 1832-1838.
[22] 蔡建, 石立华, 袁慎芳. 基于虚拟时间反转的高分辨率复合材料板结构损伤成像[J]. 复合材料学报, 2012, 29(1):183-189.

碳纤维复合材料声发射源定位实验研究

EXPERIMENTAL RESEARCH ON ACOUSTIC EMISSION SOURCE LOCALIZATION FOR CARBON FIBER COMPOSITE

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	史启通, 李冰, 冯聪, 明平文, 张存满. 基于显微CT技术的碳纸微观结构特征分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 65-69.
[2]	康元春, 刘俊峰, 孟紫薇. 碳纤维复合材料电池箱轻量化研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(5): 66-70.
[3]	蒋朕琦, 黄文健, 曹诗宇, 吴超群. 不同刀具对超声辅助钻削CFRP分层损伤的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(2): 56-61.
[4]	冯旭, 刘玲. 氨基化碳管薄膜对碳纤维复合材料层间性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(2): 82-88.
[5]	杜宏昱, 成健, 刘顿, 李子文, 丰凯. CO₂激光剥离碳纤维表面涂层及其性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 36-41.
[6]	肖剑雄, 周向, 申政. 高速永磁电机转子碳纤维护套张力缠绕仿真分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 68-72.
[7]	蒋诗才, 闫鸿琛, 石峰晖, 李韶亮, 竹文坤. 紫外老化对快速固化碳纤维增强环氧树脂基复合材料性能影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 98-103.
[8]	欧阳俊杰, 王付胜, 孔繁淇, 王秉谦, 陈亚军. 湿/热环境对环氧树脂复合材料冲击后压缩剩余强度的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 31-37.
[9]	马泽超, 胡业发, 冯正峰, 徐胜风, 阎冬. 基于碳纤维复合材料轻木夹芯结构的起重机副臂架设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 62-67.
[10]	杨向涛, 王朝阳, 张金纳, 朱世杰, 郭海伟, 吴海宏, 仝立勇. 超薄碳纤维复合材料结构电池制备及其性能评价[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 39-47.
[11]	宋金鹏, 王金炜, 罗浩, 樊晓斌, 桂林. 碳纤维复合材料圆环拉伸力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(6): 65-71.
[12]	郑艳萍, 李明坤, 熊勇坚, 张超禹. 复合材料双钉胶-螺混合连接结构参数对失效载荷的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(4): 18-27.
[13]	王凯, 马其华, 查一斌. 端部诱导孔对Al-CFRP混合薄壁管轴向压缩性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(2): 65-71.
[14]	仇亚萍, 沈真, 陈海军, 董晴晴, 单永林. 高速磁悬浮列车用碳纤维复合材料裙板的设计与分析[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(2): 95-101.
[15]	孙坤, 赵文忠, 张晨晖, 刘明昌, 李建伟, 高琦, 许培伦. 用于雷达天线的国产碳纤维预浸料成型工艺优化及配套材料优选[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(12): 66-72.