复合材料板冲击损伤的线性与非线性超声检测 - 王容; 吴奇; 张桂涛; 夏国春 (南京航空航天大学学报（英文版）, 2024)
TP29; 碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)内部冲击损伤的出现和扩展严重影响结构的整体性能.因此,提出采用线性与非线性超声Lamb波检测方法,评估复合材料的冲击损伤次数变化,并对两种检测结果进行比较.通过有限元法建立了复合材料平板结构在产生冲击损伤后的超声波仿真模型,并模拟了冲击损伤与超声波之间的相互作用过程.仿真结果表明,复合材料结构中冲击损伤次数与超声幅值呈线性递减关系,而与非线性参数呈线性增长关系.当超声信号的输入频率为 1.0 MHz时,非线性参数的线性拟合斜率为0.38,远高于线性超声幅值的拟合斜率,仅为-0.12.然而,随着冲击损伤的增加,非线性参数的线性增长主要依赖于超声基波幅值的减少,而不是二次谐波的累积.在线性超声幅值检测中,输入信号频率为1.1 MHz时线性拟合斜率为-0.14,低于0.9 MHz和1.0 MHz对应的线性拟合斜率.而在非线性超声参数检测中,1.1 MHz的线性拟合斜率为0.92,高于0.9 MHz和1.0 MHz对应的斜率.结果表明,随着冲击损伤次数的增加,采用更高输入信号频率会导致超声幅值减小幅度增大,非线性参数增长幅度也增大.这表明增加输入信号频率可以提高线性和非线性超声检测的灵敏度.本研究还通过低速冲击和超声实验验证了仿真结果的准确性.研究表明,与非线性超声技术相比,线性超声技术因其检测过程更简单且灵敏度更高,更适用于碳纤维增强复合材料的冲击损伤评估.