[发明专利]一种用于复合材料的动态均质化超声全聚焦缺陷成像方法及系统

权利要求书

1.一种用于复合材料的动态均质化超声全聚焦缺陷成像方法，其特征在于，包括依次执行以下步骤：

步骤1：基于递归刚度矩阵法对声波在复合材料层合板周期性铺层中的传播过程进行解析建模；

步骤2：通过弗洛凯波理论对复合材料层合板的周期性铺层单元进行动态均质化建模，得出不同铺层方向的复合材料层合板对应的可均质化范围；

步骤3：根据均质各向异性材料中波矢的频散效应求出准纵波的能量传播速度；

步骤4：利用非均质各向异性复合材料在可动态均质化范围内的能量传播速度进行波达时间修正，从而对各种铺层方向的复合材料层合板进行超声全聚焦缺陷成像检测。

2.根据权利要求1所述的复合材料的动态均质化超声全聚焦缺陷成像方法，其特征在于，在所述步骤1中，对于任意铺层的复合材料层合板结构，根据材料参数以及铺层信息得到最小周期单元的全局刚度矩阵，具体如下：

如图1所示，将复合材料层合板第j层单元的位移矢量u_j和牵引矢量σ_j表示为层内六个分波的合成：

其中，a表示幅值，n＝1,2,3表示分波，±表示沿厚度方向z轴的正负方向，表示极化矢量，表示波数，ω表示频率；定义矢量d^±n与波数和极化矢量有关：其分量其中c_ijlm(i,j,l,m＝1,2,3)是刚度系数的张量表示；

第j层上下表面的位移-牵引力关系式为：

其中P^±(3×3)＝[p^±1,p^±2,p^±3]，D^±(3×3)＝[d^±1,d^±2,d^±3]，h_j是单层厚度；第j层刚度矩阵K^j为：

运用递归算法得到J层单元结构的全局刚度矩阵K^J：

其中，

3.根据权利要求1所述的复合材料的动态均质化超声全聚焦缺陷成像方法，其特征在于，在所述步骤2中，通过求解弗洛凯波特征方程得到弗洛凯波波数，然后遍历波的入射角度以及激励频率，分别求出弗洛凯波中稳定传播的波的个数，即实数解的个数，从而找出所求的均质化区域，具体如下：

对于周期性铺层复合材料中的最小单元，其弗洛凯周期性条件是：

其中，β是弗洛凯波数，d是单元厚度，I(6×6)是单位矩阵，下标0表示单元上表面，J表示单元下表面；考虑由J层任意方向的各向异性单层组成的层合板最小单元，其全局刚度矩阵K^c(6×6)可由层刚度矩阵K^j根据上述递归算法得到：

其中，

联立以上两个式子，得到弗洛凯波特征方程：

在区间-π＜βd＜π内，弗洛凯波特征方程关于弗洛凯波数β有六个解，其中复数解代表衰减波，实数解代表稳定传播的波，各向异性材料对应弗洛凯波特征方程的解可分为正负两组，分别表示沿厚度z轴正方向和负方向传播的弗洛凯波的波数。

4.根据权利要求1所述的复合材料的动态均质化超声全聚焦缺陷成像方法，其特征在于，在所述步骤3中，均质各向异性材料中声波沿不同方向的传播速度呈现各向异性，其实际的能量传播速度可由波矢频散关系式得到；频率ω和波矢k之间的频散关系表示为G(ω,k)＝0或G(ω,k,θ)＝0,显性表示为ω＝W(k)或ω＝W(k,θ)，能量传播速度c_e定义为：