基于非线性弹簧模型的振动声调制机理研究

飞机结构裂纹的在线监测是保证飞行器安全的重要举措,针对目前常规的无损检测方法无法实现在线及原位监测的不足,根据裂纹引起的超声非线性,基于振动声调制效应对结构裂纹进行监测是一种可行的方法。采用非线性弹簧模型对裂纹进行模拟,建立了两列一维简谐波在含接触界面的结构中的传播模型,通过公式推导,得到了透射信号的基波、调制边频谐波和高次谐波等信号成分的近似表达式,分析了各谐波成分幅值与激励信号参数间的对应关系,推导了边频调制谐波与两低频基波幅值乘积之比R与刚度系数间的关系。通过板中的振动声调制试验,分析了响应信号的谐波成分及各谐波成分随低频振动幅值的变化关系,探讨了指标R随外力变化情况,试验结果基本符合模型推导的结论,为采用基于振动声调制的方法进行裂纹监测提供了理论指导。