声发射波形分析技术在复合材料故障评价中的作用

复合材料声传播特性的研究
　　复合材料一般表现出很强的声各向异性，不同方向声波的传播特性和声波衰减特性都很不一样，这些都对检测结果，尢其是声发射源定位有很大影响。因此，了解复合材料的声传播特性（声速和衰减系数）十分重要，这一研究往往同时能给出材料内部损伤的有关信息。试验仍使用图3的装置，同步触发功能由软件提供（这是Mistras2001的一个十分有用的功能）。当任一通道先行接收到超过阈值电平的信号后，该全数字式声发射仪能自动将其它各通道的控制闸门打开，接收信号，从而完成各不同通道之间的同步触发功能（即保证所有通道均同时开始接收信号）。与前面一样，这里也必须使用宽带声发射传感器。设在图3中，两传感器离激励源的距离分别为和（为表达方便，设）相应于扩展波前沿到达两传感器的时间分别为和在屏幕上把波形放大后可比较容易测量出这些时间值，则扩或由于弯曲波的相速度开始随频率增加很快，但当频率达到一定量值后其变化变得较慢，式（5）给出的数值还是有一定的代表意义的。
　　求解不同方向的衰减特性（设衰减系数为）是基于声波的幅度随距离作指数衰减。设与声源相距为和两处的声波幅度分别为

　　据式（6）即可获得某一方向的衰减特性。获得以上的结果后，如发言烃接收传感器的方向即可获得不同方向的声波速度和衰减特性，这就是利用声发射方法获得复合材料声传播特性的基本原理。
　　对某型飞机的雷达罩（玻璃纤维夹蜂窝结构）和两块330mm×165mm×2mm板状碳纤维复合材料试块（中间夹有蜂窝结构）进行了模拟声发射源试验（0.5mm铅芯断铅声源）。图6是在上述雷达罩上沿飞行方向，当两传感器相距20cm，而分别为4和16cm时所获波形（时域进行了扩展）。几次试验所获结果在图7中给出，由该图的两传感器距离差与扩展波前沿到达时差的关系可以得出该方向声波传播速度为3350Mm/s。
　　由图6也可以看出雷达罩的衰减特性。实测结果是，当同一方向两传感器与声源相距分别为4和

　　在碳纤维复合材料板长度方向上所获波形示于图8（两传感器与源的距离分别为4和16cm），可以得到扩展波前疝到达时差为32，而弯曲波时差为80。三次测量结果示于图9，可得出，沿试件长度方向的扩展波和弯曲波平均声速分别为3970和1700m/s（弯曲波测量结果误差稍大）。

　　为了解不同方向的声传播特性，在同一碳纤维复合材料板的宽度方向和对角线方向亦进行了断铅试验，得到在这两个方向的扩展波平均声速分别为5000和4300m/s。可以看出，在这种碳纤维复合材料板上的声速分布呈图10所示的椭圆形，显然，这些结果对于利用声发射监测和源定位都有重要意义。

结论
　　波形分析技术有助于正确了解声发射产生的机理和声发射源特性，而全数字式声发射仪的问世又为实施波形分析提供了可能，本文所进行的研究仅仅是初步的，但其结果已经表明，这一技术的正确应用，对于我们识别复合材料的不同故障源，了解复合材料的声传播特性和提高复合材料试件的声发射源定位精度是大有帮助的。