邢博邯 蔡建 周智权 汪懿 张杨 吴俊鹏

摘要：针对航空结构中的Lamb波小损伤监测能力，首先从损伤灵敏度和信号幅值两个方面进行了理论分析，然后基于ABAQUS软件开展了大面积铝板结构中压电-Lamb波的三维传播仿真，分别研究了各频率下Lamb波A0模式和S0模式对板中孔洞和裂纹小损伤的监测能力，最后实施了孔洞小损伤成像验证试验。研究结果表明，相比于低频（50～200kHz）的A0模式，3mm厚铝板结构中频率较高（300～500kHz）的S0模式具有更强的小损伤监测能力，可在类似航空铝板结构的Lamb波小损伤监测中优先选择使用。

关键词：小损伤；Lamb波；监测能力；损伤灵敏度；波场仿真

中图分类号：TB55文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.03.007

由于服役条件、维护维修不当、设计制造缺陷等因素，航空结构在服役的过程容易产生小损伤。这些小损伤尺寸小，损伤程度低，实际中较难及时发现。它们会降低飞行器结构的局部强度，并很可能在服役环境或载荷作用下扩展为大尺度严重损伤，从而急剧降低结构剩余强度，引发严重安全事故。小损伤监测已成为航空结构健康监测的典型需求和重要任务之一，它对于准确评估结构剩余寿命、及早预警结构健康状态和避免损伤后期严重扩展引起的灾难性结构失效具有重要意义。Lamb波作为板类结构中传播的超声导波，具有传播距离远、对结构表面和内部损伤均敏感、可实现区域快速扫查监测等优点[1-7]，研究者常利用Lamb波监测结构中的小损伤。如Wang等[8]基于基本反对称（A0）模式的Lamb波定位出铝板中6mm长的裂纹。……