使用LAMB波對航空結構進行無損探傷檢測
板形構件尤其是厚度在6mm以下的薄板件，無論是在航空航天工業(yè)、汽車工業(yè)還是船舶工業(yè)等行業(yè)均有廣泛的應用。由于板件在成形過程中所帶入的缺陷，如裂紋、分層、夾雜、孔形缺陷等，都會對制件的使用安全造成威脅。同時板件由于外部加載以及使用環(huán)境的變化，都可能導致其內(nèi)部細小缺陷進一步擴展，進而造成疲勞破壞事故。LAMB波是超聲波無損檢測中最常見的一種導波形式，已被廣泛應用于壓力容器、船艦等常規(guī)板材結構和飛機機身、風力機葉片等復合材料板的無損檢測與結構健康監(jiān)測中。
使用德國Polytec公司生產(chǎn)的全新3D掃描式激光測振儀，通過局部增加結構的面內(nèi)和面外振動來進行無損探傷檢測，這種測試方法簡單、快速、可靠，且避免了LAMB波在激勵、傳播、接收以及信號處理方面的復雜性研究。
引言
目前，復合材料在飛機上的應用已非常廣泛?？v觀復合材料的發(fā)展，無論是民用機還是軍用機和直升機，其用量一直呈增長趨勢，甚至其用量和應用部位已成為衡量飛機結構是否先進的重要指標之一。
由于復合材料的非均質(zhì)性和各向異性，在制作過程中工藝不穩(wěn)定，極易產(chǎn)生缺陷。在應用過程中，由于疲勞累計、撞擊、腐蝕等物理化學的因素影響，復合材料也容易產(chǎn)生缺陷，這些缺陷很大一部分還是產(chǎn)生在復合材料內(nèi)部。而復合材料在使用過程中承擔著重要作用，因此對復合材料的無損檢測提出了更高要求。
使用LAMB波進行無損探傷檢測
近年來，大量用于航空航天結構無損探傷檢測的新技術被開發(fā)出來，其中很有前景的一種便是LAMVB波技術。蘭姆波作為超聲導波，與常規(guī)超聲的逐點掃查不同，LAMB波檢測一次掃查一條線，并且收發(fā)探頭可置于試件的同一側，這在很多場合下是方便的，所以LAMB波檢測對于航空航天結構無損探傷檢測具有縱波和橫波難以比擬的快捷、高效的特點，非常適合于大面積無損檢測。然而，由于LAMB波在激勵、傳播、接收以及信號處理方面的復雜性，大大限制了它在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應用。
LAMB波主要存在以下三個缺陷：
1、在監(jiān)測大型結構時，需要大量的致動器/傳感器，是一項勞動密集型、耗時長且花費昂貴的工作。對于測量一架完整的飛機而言，需要布置成千上萬的傳感器，可操作性不強。
2、LAMB波檢測通常伴隨復雜的數(shù)據(jù)解讀，從LAMB波數(shù)據(jù)中提取定量信息對檢測人員的技術素質(zhì)提出了很高的要求，需要專業(yè)人員來進行操作和檢測結果的判斷，這也導致了測試成本的上升。
3、代表“無損”檢測的參考數(shù)據(jù)可能會受到其它方面的影響，如傳感器與被測結構之間出現(xiàn)溫度上升或不利耦合等情形。
圖1 使用3-D掃描式激光測振儀來進行LAMB波無損探傷檢測
圖2 使用Polytec的PSV軟件顯示LAMB波面內(nèi)振動和面外振動
3D掃描式激光測振儀
激光測振儀可以克服LAMB波無損探傷檢測技術的許多技術難題。
如圖1，使用非接觸式多點掃描激光測振儀進行結構無損探傷檢測。通過信號發(fā)生器來產(chǎn)生電激勵信號，然后通過換能器底部壓電晶片的逆壓電效應把電激勵信號轉化為超聲波信號，之后通過耦合劑進入被測薄板中，由于薄板自由邊界的約束，此時在板中傳播的就是LAMB波，使用3D掃描式激光測振儀接收蘭姆波信號（見圖2）。在被測表面上布置高密度測量網(wǎng)格，獲取每個測量點的振動矢量，包括面內(nèi)分量和面外分量。最后，這些測量結果以生動的3D動畫顯示出來。
使用LAMB波進行航空結構無損探傷檢測的實例見圖3和圖4。
圖3 使用LAMB波檢測金屬結構的疲勞裂紋：75Hz時面內(nèi)振動（左）和352Hz時面外振動（右）
圖4 使用LAMB波對受沖擊破壞的復合材料進行檢測
實驗表明，通過局部增加結構的面內(nèi)振動幅值（圖3左的疲勞裂紋，圖4的脫層現(xiàn)象）和面外振動幅值衰減（圖3右的疲勞裂紋），可清楚檢測出結構損傷。
結論
使用3D掃描式激光測振儀可定量檢測出結構損傷位置、大小及其嚴重程度，如裂紋長度和分層面積。只需通過簡單的LAMB波等高線圖和幅值函數(shù)便足以檢測出結構缺陷區(qū)域，而避開了LAMB波在激勵、傳播、接收以及信號處理方面的復雜研究，這種測量方法不受環(huán)境影響，且直接、快速、可靠。
