實驗名稱：基于HSP試件和PZT換能器的導(dǎo)波傳播與脫粘分層驗證實驗

研究方向：探究蜂窩夾層板（HSP）高頻導(dǎo)波頻散特性與脫粘分層損傷的關(guān)聯(lián)機制及監(jiān)測方法優(yōu)化。通過等效換算法構(gòu)建周期性結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合仿真量化導(dǎo)波波長與蜂窩芯尺度對頻散特性的影響規(guī)律；進一步通過實體有限元模型和PZT傳感實驗驗證高頻導(dǎo)波的“脫粘式分流”傳播特征，揭示脫粘分層導(dǎo)致Ao模態(tài)幅值顯著增大的損傷敏感機制；提出以高頻激勵的Ao模態(tài)時域響應(yīng)作為特征參量，實現(xiàn)脫粘分層的精準識別，為列車、航空航天等領(lǐng)域的HSP結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測提供高靈敏度、低誤報率的工程解決方案。

實驗?zāi)康模菏紫韧ㄟ^理論建模與有限元仿真探究蜂窩夾層板中導(dǎo)波波長與蜂窩芯單胞邊長比例對頻散特性、導(dǎo)波模態(tài)傳播路徑及能量分布的影響規(guī)律；進一步基于實體有限元模型和PZT傳感實驗，針對脫粘分層導(dǎo)致的導(dǎo)波“分流效應(yīng)”設(shè)計驗證方案，通過鋁制HSP試件和預(yù)制脫粘區(qū)域的對照實驗，量化脫粘狀態(tài)下Ao模態(tài)時域幅值的變化特征，驗證高頻導(dǎo)波對脫粘損傷的敏感性與識別可靠性。

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、示波器、ATA-2021B高壓放大器、PZT換能器、HSP試件、計算機等。

實驗過程：首先通過計算機仿真模擬聲波在蜂窩夾層板中的傳播規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)聲波波長小于蜂窩格尺寸的5倍時，聲波會集中在材料表面?zhèn)鞑ィ覀鹘y(tǒng)理論模型會失效。基于這一發(fā)現(xiàn)，制作了帶有預(yù)制"脫膠"損傷的鋁制蜂窩板試件，并在試件表面布置了7個微型傳感器陣列。通過信號發(fā)生器產(chǎn)生100kHz的檢測聲波，經(jīng)放大后驅(qū)動傳感器發(fā)射聲波，并接收傳回的信號。

圖1實驗系統(tǒng)實物圖

圖2實驗系統(tǒng)框圖

實驗結(jié)果：當(dāng)聲波經(jīng)過脫膠區(qū)域時，一種特定模式的聲波（Ao模態(tài)）幅度會顯著增大48%，而其他波形的能量則會衰減35%。這種"幅度增大"現(xiàn)象與脫膠面積大小呈正比關(guān)系，成為了識別隱藏損傷的明確信號。通過多次測試，最終確定100kHz是最佳檢測頻率，并以Ao模態(tài)幅度增加30%作為損傷判斷閾值。

圖3脫粘與健康HSP時域信號對比

圖4激勵信號與傳感信號的對比

圖5HSP結(jié)構(gòu)的頻散曲線

放大器在該實驗中發(fā)揮的效能：信號放大器通過單級增益放大機制，將信號發(fā)生器輸出的毫瓦級激勵信號提升至伏特量級驅(qū)動電壓，從而驅(qū)動PZT壓電陶瓷作動器產(chǎn)生高頻導(dǎo)波，克服HSP結(jié)構(gòu)中導(dǎo)波傳播的能量衰減，確保脫粘分流的損傷特征可被傳感器精準捕獲。

安泰ATA-2021B高壓放大器：

圖：ATA-2021B高壓放大器指標參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準源等產(chǎn)品為核心的相關(guān)行業(yè)測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。