复合材料板的空耦超声 Lamb 波原位应力测量方法

为了实现大部件复合材料板的原位应力测量,提出了基于 Lamb 波的复合材料板空气耦合超声应力测量方法。 目前,由于空耦超声换能器声阻抗的严重不匹配导致能量损失严重、空耦超声信号较为微弱,在声学特征准确提取上难度较大。 与此同时,空耦超声 Lamb 波应力测量方法在复合材料中的应用仍处于理论与实验的探索阶段。 通过实验方法探究碳纤维复合材料的 Lamb 波声弹性效应规律。 根据复合材料板相速度与最佳入射角频散特性分析确定了空耦超声换能器的中心频率与相对纯净 A0 模态 Lamb 波的激励方式,使空耦超声 Lamb 波具有较好的信噪比,保证声时提取的准确度。 为了验证所提出方法的有效性,分别沿着 0°、15°、30°、45°、60°、75° 以及 90° 纤维方向获得 7 个不同的拉伸试样进行应力测量。 实验结果表明,在0~ 100 MPa 范围内测量误差小于±8. 1 MPa,测量重复性为 7. 5 MPa。 该方法在测量精度和测量重复性等方面具有显著优势,可为大部件复合材料板的原位应力测量提供一种先进可行的技术。

In-situ stress measurement method for composite plate based on air-coupled ultrasonic Lamb wave