一种飞行器复合材料结构健康监控系统的制作方法

1.本发明涉及了一种监控系统，尤其是一种飞行器复合材料结构健康监控系统。


背景技术：

2.复合材料相对于金属材料具有优越的强度性能，在飞机主体结构中应用越来越多，然而，纤维增强复合材料结构也更加复杂，复合材料由不同材料（纤维和树脂）组合而成，导致其具有明显的各向异性和不同损伤扩展类型，其缺陷检测、剩余强度和寿命的确定始终是一项挑战。
3.作为机体机构，复合材料在使用过程中最常见的是冲击损伤，即使是外表几乎看不见的低速冲击损伤（低穿透力）也会造成力学性能显著降低，低速冲击会导致机体开裂、层间分层和纤维断裂，造成结构强度和疲劳寿命的显著下降。
4.飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控，这大大降低了飞机安全性能，使得飞机在飞行的过程中，存在安全隐患。


技术实现要素：

5.1.本发明要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种飞行器复合材料结构健康监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题:飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控，这大大降低了飞机安全性能，使得飞机在飞行的过程中，存在安全隐患。
6.2.技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种飞行器复合材料结构健康监控系统，步骤1：在补片中制造两个智能层、步骤2：固化处理、步骤3：激发lamb波和接收、步骤4：损伤指数的计算。
7.优选的，通过在硼纤维复合材料中嵌入pzt压电换能器制造两个智能层，并将其插入到补片的不同位置，其中一个智能层插入到第10层，靠近结合面，以便于激发对称模式（s模式），用来监测裂纹拓展情况，另一个智能层插入到第3层，靠近顶层位置，以便于激发非对称模式（a模式），用来监测蒙皮与补片脱粘情况。
8.优选的，补片中的智能层建立后，将补片铺叠在缺口处，然后将真空袋与铝板进行共固化，固化温度250f，固化时间90min。
9.优选的，通过超声检测仪发射电脉冲激励pzt产生lamb波作为检测信号，采用pzt（锆钛酸铅压电换能器）作为lamb波的发射和接收传感器,通过超声检测仪中内置的波形发生器，将缺陷反射回波显示出来。
10.优选的,lamb波作为超声波的一种分为非对称模式（a模式）和对称模式（s模式），下层智能层主要用来监测裂纹扩展情况，故lamb波发射方向与裂纹扩展方向垂直，以获得较高的灵敏度，上层智能层用来监测脱粘情况，为防止裂纹对监测结果产生影响，选择lamb波发射方向与裂纹平行的方向。
11.优选的，补片下方的裂纹扩展和结合面脱粘损伤情况采用损伤指数进行表征，损伤指数定义为lamb波遇到缺陷后产生的反射波能量与初始lamb波能量的比值。
12.3.有益效果与现有技术相比，本发明的有益效果是：本系统针对飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控这一问题，设计了一套裂纹监控系统，该系统操作简单，监控灵敏，成本低，不影响裂纹修复质量，能够有效监控裂纹扩展和补片脱粘情况，显著提升飞机运行的安全性。
附图说明
13.图1为本发明的流程示意图；图2为本发明的粘接补片示意图；图3为本发明智能铺层诊断路径示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
15.实施例，请参阅图1
‑
3，本发明提供一种技术方案：一种飞行器复合材料结构健康监控系统,步骤1：在补片中制造两个智能层、步骤2：固化处理、步骤3：激发lamb波和接收、步骤4：损伤指数的计算。
16.实施例，请参阅图1
‑
2，包括补片，所述补片总共有10层，从上到下一共有1
‑
10层，其中1
‑
2层和4
‑
9层的铺层材料硼纤维/环氧预浸料，每层的厚度为0.125mm,通过在硼纤维复合材料中嵌入pzt压电换能器制造两个智能层，并将其插入到补片的不同位置，其中一个智能层插入到第10层，靠近结合面，以便于激发对称模式（s模式），用来监测裂纹拓展情况，另一个智能层插入到第3层，靠近顶层位置，以便于激发非对称模式（a模式），用来监测蒙皮与补片脱粘情况，其中智能层的厚度为0.1mm,在补片的底部设有胶膜，所述胶膜的厚度为0.25mm，补片铺层和粘结情况如图2所示。
17.实施例，请参阅图1，补片中的智能层建立后，将补片铺叠在缺口处，然后将真空袋与铝板进行共固化，固化温度250f，固化时间90min。
18.实施例，请参阅图1，通过超声检测仪发射电脉冲激励pzt产生lamb波作为检测信号，采用pzt（锆钛酸铅压电换能器）作为lamb波的发射和接收传感器,通过超声检测仪中内置的波形发生器，将缺陷反射回波显示出来。
19.实施例，请参阅图3，lamb波作为超声波的一种分为非对称模式（a模式）和对称模式（s模式），下层智能层主要用来监测裂纹扩展情况，故lamb波发射方向与裂纹扩展方向垂直，以获得较高的灵敏度，需要激发对称模式（s模式），上层智能层用来监测脱粘情况，为防止裂纹对监测结果产生影响，选择lamb波发射方向与裂纹平行的方向，需要激发非对称模
式（a模式），智能铺层诊断路径如图3所示。
20.实施例，请参阅图1，补片下方的裂纹扩展和结合面脱粘损伤情况采用损伤指数进行表征，损伤指数定义为lamb波遇到缺陷后产生的反射波能量与初始lamb波能量的比值，原理是超声遇到缺陷后反射回来被接收，如果没有缺陷就近似超声一直在传播，没有反射信号，或者反射信号很小，损伤指数就接近于0，如果有缺陷，则缺陷越大反射回波越大，缺陷越大，损伤指数越接近于1。
21.工作原理：对飞机的裂纹通过复合材料进行修补后，就可以监控一下裂纹拓展情况，使用超声检测仪产生一个100
‑
600hz宽频正弦脉冲信号，激发pzt产生lamb波，根据回波信号计算损伤指数，损伤指数定义为lamb波遇到缺陷后产生的反射波能量与初始lamb波能量的比值，当损伤指数接近0时，说明裂纹情况和补片粘贴情况良好，不需要重新修补，当损伤指数接近1时，说明裂纹情况和补片粘贴情况受到严重破坏，需要进行重新修补，不宜起飞。
22.以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种飞行器复合材料结构健康监控系统，其特征在于：步骤1：在补片中制造两个智能层、步骤2：固化处理、步骤3：激发lamb波和接收、步骤4：损伤指数的计算。2.根据权利要求1所述的一种飞行器复合材料结构健康监控系统，其特征在于：通过在硼纤维复合材料中嵌入pzt压电换能器制造两个智能层，并将其插入到补片的不同位置，其中一个智能层插入到第10层，靠近结合面，以便于激发对称模式（s模式），用来监测裂纹拓展情况，另一个智能层插入到第3层，靠近顶层位置，以便于激发非对称模式（a模式），用来监测蒙皮与补片脱粘情况。3.根据权利要求1所述的一种飞行器复合材料结构健康监控系统，其特征在于：补片中的智能层建立后，将补片铺叠在缺口处，然后将真空袋与铝板进行共固化，固化温度250f，固化时间90min。4.根据权利要求1所述的一种飞行器复合材料结构健康监控系统，其特征在于：通过超声检测仪发射电脉冲激励pzt产生lamb波作为检测信号，采用pzt（锆钛酸铅压电换能器）作为lamb波的发射和接收传感器,通过超声检测仪中内置的波形发生器，将缺陷反射回波显示出来。5.根据权利要求3所述的一种飞行器复合材料结构健康监控系统，其特征在于：lamb波作为超声波的一种分为非对称模式（a模式）和对称模式（s模式），下层智能层主要用来监测裂纹扩展情况，故lamb波发射方向与裂纹扩展方向垂直，以获得较高的灵敏度，上层智能层用来监测脱粘情况，为防止裂纹对监测结果产生影响，选择lamb波发射方向与裂纹平行的方向。6.根据权利要求1所述的一种飞行器复合材料结构健康监控系统，其特征在于：补片下方的裂纹扩展和结合面脱粘损伤情况采用损伤指数进行表征，损伤指数定义为lamb波遇到缺陷后产生的反射波能量与初始lamb波能量的比值。

技术总结
本发明公开了一种飞行器复合材料结构健康监控系统，包括步骤1：在补片中制造两个智能层、步骤2：固化处理、步骤3：激发lamb波和接收、步骤4：损伤指数的计算。本系统针对飞机金属蒙皮产生裂纹采用复合材料补片修复后，对裂纹扩展情况没有办法进行监控这一问题，设计了一套裂纹监控系统，该系统操作简单，监控灵敏，成本低，不影响裂纹修复质量，能够有效监控裂纹扩展和补片脱粘情况，显著提升飞机运行的安全性。性。性。


技术研发人员：张猛 许光群 皮志超 杜永华 杨彦 倪沛 杨强强 周慧慧 李濛
受保护的技术使用者：芜湖创联新材料科技有限公司
技术研发日：2021.04.14
技术公布日：2021/10/18