CFRP 层板低能冲击损伤的非线性超声兰姆波检测技术研究

李承庚，陈振华,2,*，陈伟兵，卢 超,3

（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.中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室，北京 100190；3.赣南师范大学，江西 赣州 341000）

0 前言

碳纤维增强树脂基类复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,CFRP）由于质量轻、强度高、耐疲劳、耐腐蚀、易于设计和加工等优点，被广泛应用于航空航天及相关工业领域[1]。低能量冲击损伤的外观表现为小于0.5 mm 的复合材料表面凹坑，称为勉强可见 (Barely visible impact damage,BVID)或不可见损伤，BVID 损伤可能会使结构强度下降至60%以下[2-4]。为避免复合材料结构件由BVID 损伤引起的安全隐患，对其进行定期的无损检测显得特别重要。基于超声导波的非线性传播特性可对波导结构早期力学性能的退化和内部损伤进行检测，其最大优势是可通过激发低频、模态简单的导波实现高精度检测。邓明晰[5]提出了应力波损伤因子的概念，并将其应用于固体板结构中疲劳、高温蠕变和表面现状的检测。Li 等[6]将Lamb 波二次谐波非线性技术应用于板材中热损伤检测。Matlack 等[7]将非线性超声导波应用于金属板结构中塑形应变、疲劳损伤等缺陷的检测。Masurkar 等[8]使用低频S0 模式对在近似相速度匹配的条件下准确地估计了材料的非线性特征进而评估结构特征。Patra 等[9]基于非线性系数对复合材料板疲劳拉伸损伤进行表征，获得良好效果。W.H.Ong 等[10]研究结果证实，依据已发表的材料性质或准静态的标准测量方法不能准确地计算模拟编织复合材料中的Lamb 波频散曲线，给CFRP 层板的非线性超声Lamb 波检测带来极大困难。……