本發(fā)明提供一種檢測方法，涉及工程物探結(jié)構(gòu)檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及復合材料粘接區(qū)域下界面粘結(jié)劑缺損程度(脫粘百分比)檢測方法。
背景技術(shù)：
：在材料工業(yè)領(lǐng)域中，粘結(jié)材料結(jié)構(gòu)具有密度小，強度和剛性高，穩(wěn)定性可靠性好等優(yōu)點，已代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬或者非金屬材料的復合，被廣泛地應(yīng)用于船舶、冶金、機械、電子化工、航空等復合材料粘接的應(yīng)用領(lǐng)域。而粘結(jié)材料在制造和使用的過程中經(jīng)常出現(xiàn)氣孔、分層損傷等不同程度的脫粘缺陷，極大地影響了結(jié)構(gòu)強度和剛度，構(gòu)成了大型工程的最不穩(wěn)定因素和最大隱患。若沒有及時發(fā)現(xiàn)這些缺陷和準確判斷脫粘缺陷的程度，則會帶來巨大損失。超聲無損檢測具有檢測對象廣、檢測深度大、缺陷準確定位和便于現(xiàn)場使用等特點，現(xiàn)已成為無損檢測和質(zhì)量控制的重要手段。無損測試主要包括超聲檢測、射線檢測、紅外熱成像檢測、聲發(fā)射檢測、激光錯位散斑干涉檢測等，各種無損測試方式廣泛應(yīng)用于金屬材料，各自有其自身的優(yōu)勢。研究表明，能夠評定材料粘接質(zhì)量的信息很多以某種方式隱藏在探傷儀所探測到的超聲回波信號中。國內(nèi)超聲檢測的研究集中在復合材料粘接質(zhì)量的定性識別問題上，對于脫粘的定量識別研究較少，粘接缺陷定量識別是超聲檢測領(lǐng)域一個新的研究重點，也是一個急需解決的問題之一。在實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的探傷儀器在檢測大型復合材料層合板之間的粘接區(qū)域時，由于粘結(jié)劑的厚度大約在5～10mm，如果粘結(jié)劑與層合板粘結(jié)面即粘結(jié)劑下界面產(chǎn)生脫粘，則接收到的反射波檢測信號會因多界面回波信號疊加而變得復雜，需要制備大量的試塊對a掃波形進行分析以及對不同厚度的復合材料層合板和粘結(jié)劑所需要的探頭頻率進行選擇，導致檢測人員需要花費較長的時間和精力，而且對檢測結(jié)果的判斷存在一定的主觀性。因此對于在時域信號上疊加的復雜波形，僅僅通過分析回波時間和幅值僅能得到是否存在缺陷，這往往是不夠的，若測出脫粘程度或缺陷大小才能對控制由復合材料粘接結(jié)構(gòu)構(gòu)成的大型工程質(zhì)量起到?jīng)Q定性因素。蔣志峰在文章《超聲檢測頻域分析及對缺陷識別應(yīng)用研究》中提出用頻譜分析檢測碳纖維復合材料的孔隙率，但無涉及用頻譜分析技術(shù)檢測復合材料層合板之間的粘接缺陷。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種大型復合材料檢測方法，該方法基于頻譜數(shù)據(jù)處理，可在識別出復合材料層合板之間的粘接區(qū)域是否存在缺膠或脫粘的情況下，實現(xiàn)對粘結(jié)劑的脫粘程度的精確檢測。用于大型復合材料的超聲波檢測方法，是對待測大型復合材料進行超聲波檢測；將所得回波信號進行數(shù)據(jù)處理；通過公式(1)計算脫粘百分比α，判斷待測大型復合材料的脫粘程度；其中，α為缺陷處脫粘厚度占粘結(jié)劑總厚度的百分比，c為超聲波在粘結(jié)劑中的傳播速度，d為粘結(jié)劑總厚度，δf為粘結(jié)劑上界面和缺陷界面疊加的脈沖回波檢測信號最大值所對應(yīng)的頻率和次大值所對應(yīng)的頻率的差的絕對值。優(yōu)選地，上述用于大型復合材料的超聲波檢測方法包括如下步驟：步驟a)在待測大型復合材料外激發(fā)脈沖波，獲得脈沖回波檢測信號；步驟b)將步驟a)所得的脈沖回波檢測信號進行數(shù)據(jù)處理，通過公式(2)計算其峰值頻率間隔δf：δf＝β|f1-f2|(2)其中，β為根據(jù)理論值與實際值對比后確定的修正系數(shù)，修正系數(shù)求法為現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明中不作贅述，f1為數(shù)據(jù)處理后所得粘結(jié)劑上界面和缺陷界面疊加的脈沖回波檢測信號最大幅值所對應(yīng)的頻率，f2為數(shù)據(jù)處理后所得粘結(jié)劑上界面和缺陷界面疊加的脈沖回波檢測信號次大幅值所對應(yīng)的頻率；步驟c)利用步驟b)所得δf通過公式(1)計算α，判斷待測大型復合材料的脫粘程度。更優(yōu)選地，所述頻率f1和f2可通過傅里葉變換法、希爾伯特黃變換法、小波變換法、拉普拉斯變換法、最小二乘法、monic法或其他現(xiàn)有技術(shù)求得。進一步，作為一種優(yōu)選方式，所述步驟b)的數(shù)據(jù)處理為：將脈沖回波檢測信號截取相同信號長度進行快速傅里葉變換，獲得脈沖回波檢測信號的頻譜圖，從頻譜圖中得到最大幅度值所對應(yīng)的頻率f1和次大幅度值所對應(yīng)的頻率f2。進一步，作為一種優(yōu)選方式，所述步驟b)的數(shù)據(jù)處理為：將步驟a)所得脈沖回波檢測信號截取相同信號長度數(shù)據(jù)采用最小二乘法迭代求得頻率f1和f2。進一步，作為一種優(yōu)選方式，所述步驟b)的數(shù)據(jù)處理為：將步驟a)所得脈沖回波檢測信號截取相同信號長度數(shù)據(jù)采用monic法迭代求得頻率f1和f2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的大型復合材料檢測方法，具有以下優(yōu)點：使用本發(fā)明提供的方法檢測復合材料之間的粘接缺陷，流程簡單，可由脈沖回波檢測信號的峰值頻率間隔直接計算得出復合材料板間粘結(jié)劑下界面在厚度方向的脫粘百分比α，從而判斷待測復合材料層合板之間的脫粘程度，判斷結(jié)果直觀準確，對產(chǎn)品檢修提供幫助，降低事故發(fā)生率。附圖說明圖1為復合材料層合板粘接結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為激發(fā)樣品1中心頻率為250k、500k、1000k、2000k脈沖波得到的脈沖回波傳播情況示意圖；圖3a為樣品1粘結(jié)劑下界面處激發(fā)的脈沖回波傳播情況示意圖；圖3b為樣品2粘結(jié)劑下界面處激發(fā)的脈沖回波傳播情況示意圖；圖4a為樣品1粘結(jié)劑下界面處激發(fā)的脈沖回波快速傅里葉變換的頻譜圖；圖4b為樣品2粘結(jié)劑下界面處激發(fā)的脈沖回波快速傅里葉變換的頻譜圖。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細、完整地說明，但不應(yīng)視為對本發(fā)明的限定。所用設(shè)備均為市售品種，如無特殊說明，均按照說明書操作，在此不做贅述。實施例1以檢測玻璃鋼材質(zhì)大型管道工程樣品為例，其中樣品1為滿膠，粘結(jié)劑(結(jié)構(gòu)膠，下同)厚度d＝5mm，樣品2為預設(shè)殘膠，粘結(jié)劑厚度為4mm，c＝1736m/s。通過對樣品1粘接處外側(cè)分別激發(fā)中心頻率為250k、500k、1000k、2000k調(diào)制的脈沖波，得到其脈沖回波檢測信號，根據(jù)衰減情況確定檢測該種玻璃鋼材質(zhì)大型管道工程樣品適合的中心頻率為500k。對樣品2激發(fā)中心頻率為500k的脈沖波，得到脈沖回波檢測信號數(shù)據(jù)，待測區(qū)域得到的脈沖回波檢測信號輸入計算機得樣品的時域波形圖；由于粘結(jié)劑下界面部分缺失，導致其上界面反射回波和缺陷界面反射回波發(fā)生疊加，產(chǎn)生了干涉，故可通過較強波包絡(luò)線的個數(shù)判斷粘結(jié)區(qū)域下界面是否存在脫粘缺陷。由圖3a和3b中所示，將得到的脈沖回波檢測信號進行比較，樣品1的時域波形圖將出現(xiàn)三個較強波包絡(luò)線，樣品2存在兩個較強波包絡(luò)線，判斷樣品2存在缺陷。將所得脈沖回波檢測信號濾去始波后，根據(jù)波包絡(luò)線用時間窗分別截取粘結(jié)劑上下界面與底面的回波檢測信號和缺陷界面與粘結(jié)劑下界面疊加的檢測信號。采用傅里葉變換法處理截取后脈沖回波檢測信號數(shù)據(jù)，再求粘結(jié)劑脫粘百分比α：1.1將截取后脈沖回波檢測信號數(shù)據(jù)進行快速傅里葉變換，獲得相應(yīng)的頻譜圖(橫軸為頻率f，縱軸為幅值)，如圖4a和4b所示，樣品1的頻譜圖出現(xiàn)三個較強峰，樣品2的頻譜圖存在兩個較強峰；1.2提取脈沖回波檢測信號在頻譜圖中的最大幅值所對應(yīng)的頻率f1和脈沖回波檢測信號在頻譜圖中的次大幅值所對應(yīng)的頻率f2，代入公式(2)計算δf，其中，修正系數(shù)β通過計算機運算求得最優(yōu)值1.44，檢測結(jié)果見表1：表1預設(shè)脫膠百分比峰值頻率f2峰值頻率f1峰值頻率間隔δf20％458297.3611063.0137489.13代入公式(1)，求得α值為21.08％，誤差率為5.4％，與預設(shè)脫粘百分比20％基本相同。實施例2本實施例與實施例1的差別在于，通過matlab編程將截取后脈沖回波檢測信號數(shù)據(jù)采用monic法迭代求得峰值頻率f1和f2，由于monic法迭代方式不同，引入?yún)?shù)向量ρ，計算機計算過程為：2.1計算f1和f2對應(yīng)的矩陣最小特征值所對應(yīng)的特征向量作為頻率特征向量估算值再通過等式轉(zhuǎn)換得到初始頻率特征向量其中，∑為對角矩陣diag(2，2，...，1)，t為矩陣的轉(zhuǎn)置運算，n截取信號的采樣點數(shù)，x矩陣為用時間窗截取得到的脈沖回波檢測信號，x1和x2分別為：2.2由步驟2.1所得頻率特征向量構(gòu)建矩陣，反演計算求出w矩陣，矩陣為：2.3通過等式計算求得改進的頻率特征向量2.4重復步驟2.2和步驟2.3直到完成迭代運算，得即為頻率特征向量的穩(wěn)定解2.5將求得的頻率特征向量的穩(wěn)定解即代入公式計算f1和f2，代入公式(2)求δf，其中，修正系數(shù)β通過計算機運算求得最優(yōu)值1.6，檢測結(jié)果見表2：表2代入公式(1)，求得α值為20.76％，誤差率為3.8％，與預設(shè)脫粘百分比20％基本相同。實施例3本實施例與實施例1的差別在于，通過matlab編程編程將截取后脈沖回波檢測信號數(shù)據(jù)采用最小二乘法迭代求得峰值頻率f1和f2，計算機計算過程為：3.1計算f1和f2對應(yīng)的矩陣最小特征值所對應(yīng)的特征向量作為頻率特征向量估算值其中，∑為對角矩陣diag(2，2，...，1)，t為矩陣的轉(zhuǎn)置運算，n截取信號的采樣點數(shù)，x矩陣為用時間窗截取得到的脈沖回波檢測信號，x矩陣為：3.2通過步驟3.1所得頻率特征向量估算值構(gòu)建矩陣，反演計算求出w和y矩陣：其中，為矩陣方差，e為矩陣期望，l為截取的信號長度，q為由加載正弦信號產(chǎn)生的噪聲信號矩陣，且3.3通過廣義最小二乘約束條件計算等式中最小特征值λ求得所對應(yīng)的頻率特征向量3.4重復步驟3.2和步驟3.3直到完成迭代運算，得頻率特征向量的穩(wěn)定解3.5將求得的頻率特征向量的穩(wěn)定解代入公式計算f1和f2，代入公式(2)求δf，其中，修正系數(shù)β通過計算機運算求得最優(yōu)值1.6，檢測結(jié)果見表3：表3預設(shè)脫膠百分比峰值頻率f2峰值頻率f1峰值頻率間隔δf20％3653105010301357203.6將求得的δf代入公式(1)，求得α值為20.06％，誤差率為0.3％，與預設(shè)脫粘百分比20％基本相同。綜上述，通過本發(fā)明提供的方法不僅可求得脫粘百分比，從而得到脫粘程度，具有突出的實質(zhì)性特點；所得計算結(jié)果誤差率低至0.3％(誤差率由數(shù)據(jù)處理方法決定)，由此可知，使用本發(fā)明提供的檢測方法，可通過求得的脫粘百分比直接判斷脫粘程度，直觀準確，克服了現(xiàn)有技術(shù)中沒有一種方法檢測復合材料層合板之間粘結(jié)劑下界面的脫粘缺陷，具有顯著的進步。最后有必要在此說明的是：以上實施例只用于對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細地說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整均屬于本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁12