Page 34 - 2022'中国无损检测年度报告

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2022
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2 复合材料超声检测与监测技术 扭转过程的失效模式。采用声发射技术对整个扭

2.1 超声波飞机机翼在线防除冰 转过程进行监测，对采集到的声发射信号进行聚
类分析后处理，声发射信号可以明确分为 3 类，
针对飞机机翼的低功耗、高效率防除冰需求，
设计了一种超声波低功耗防除冰一体化系统，以 分别对应以上 3 种损伤模式，且各种损伤模式下
声发射信号的频率响应特征清晰可见，为复合材
实现结冰监测与除冰的功能，超声波低功耗防除
料的结构健康监测提供了基础支撑，复合材料扭
冰一体化系统（见图 13）主要包括信号收发仪、
转试验数据与试验现场如图 14 所示。
多路开关复用器、计算机、功率放大器以及压电
换能器阵列等。

超声波低功耗防除冰一体化系统的工作
过程：结冰监测时计算机控制信号收发仪产生
burst 脉冲信号，由功率放大器放大后，经多路
开关盒后激励某一压电片产生导波，由另一压电
片接收导波信号。对导波信号进行小波包分解，
获取信号小波包系数并构建小波包系数矩阵，进
（a）试验数据
一步采用奇异值分解方法对小波包系数矩阵进行
降维，定义奇异值均值作为信号特征以判断是否
出现结冰。当监测到某一区域有结冰生成时，除
冰系统自动启动，对该区域相应位置的压电片施
加激励，采用联合切应力方法进行除冰。工作一
段时间后停止，再次进入到结冰监测状态，重复
上述遍历监测与除冰自动启动的流程。

（b）试验现场

图 14 复合材料扭转试验数据与试验现场
3 机器人自动化无损检测系统

针对航空发动机叶片等薄壁复杂曲面类构件
图 13 超声波防除冰系统框图
的无损检测需求，研制了机器人自动化超声无损
2.2 复合材料声发射监测技术
检测系统（见图 15）。基于机器人检测路径规划
复合材料具有高比强度、易加工成型、耐腐 与优化技术、多级动态闸门实时跟踪技术、多维
蚀等一系列的优良特性，为此，复合材料服役过 度超声成像技术，实现了航空发动机叶片等构件
程中的损伤演化研究对保证其结构安全具有重要 内部裂纹、气孔、夹杂等缺陷的有效检测；基于
意义。 图像处理自动缺陷判别技术，实现了检测图像中
结合声发射技术研究了不同偏轴角结构的复 缺陷的提取与识别。
合材料在扭转载荷作用下的损伤演化与失效过程。
应用材料内部损伤的 3D 重构分析复合材料的力
学行为，并通过声发射信号的分析进一步探讨复
合材料损伤过程中的响应特征，为复合材料结构
的无损评价和早期损伤预报提供参考。
经过复合材料扭转试验发现，偏轴角可以提
高试件扭转过程中材料的韧性，增强试件的抗扭
性能。应用 SEM（扫描电子显微镜）成像技术，
分析了复合材料试件在扭转作用下的损伤分布与 （a）系统外观

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