信號發(fā)生器和壓電激振器組成激振部分，作為激振器的壓電片也作為傳感器使用。信號發(fā)生器發(fā)出持續(xù)的方波信號，通過壓電激振器在復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生振動信號，引起構(gòu)件內(nèi)部能量變化。壓電傳感器感受到復(fù)合材料構(gòu)件的振動后輸出相應(yīng)的信號，該信號經(jīng)放大、濾波后送入數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后送入計算機(jī)進(jìn)行信號處理。
       試驗機(jī)用來對裂紋試樣加壓，壓力信號由載荷傳感器拾取，再由數(shù)據(jù)采集儀的通道2采集轉(zhuǎn)換后送入電腦。試驗機(jī)加壓的同時依然用信號發(fā)生器發(fā)出持續(xù)的方波信號，通過壓電激振器在復(fù)合材料構(gòu)件內(nèi)產(chǎn)生振動信號，其響應(yīng)由壓電傳感器測取后經(jīng)數(shù)據(jù)采集儀的通道1送入電腦。
       裂紋試樣在加壓過程中內(nèi)部應(yīng)力會發(fā)生變化，隨著壓力的增大試樣內(nèi)部的裂紋損傷會進(jìn)一步加劇，直至試樣完全破壞。在這一過程中，壓力信號與振動信號能夠反映出試樣的動態(tài)特性隨壓力的變化過程。將損傷試樣動態(tài)特性的變化情況與健康試樣的動態(tài)特性進(jìn)行比較，可判斷出試樣內(nèi)部是否出現(xiàn)裂紋損傷以及損傷的程度。
3 測試結(jié)果分析
       3.1 層合板的頻域分析
       在做頻域分析時，首先對每一個試樣做健康信號測試，將測得的時域信號進(jìn)行頻域分析，得到相應(yīng)的幅值譜和相位譜。綜合各試樣的表現(xiàn)，得到材料在健康狀態(tài)下的幅頻特性和相頻特性。然后對損傷試樣也同樣進(jìn)行幅值譜和相位譜的分析。
       對比健康信號和損傷信號，可以得到損傷狀態(tài)下材料動態(tài)特性的特征變化，從而制定出裂紋損傷的診斷策略。這些診斷策略可以用來對復(fù)合材料層合構(gòu)件中的裂紋損傷進(jìn)行實時監(jiān)測和診斷。
    圖3至圖8分別表示健康試件和裂紋試件的測試分析結(jié)果。




       觀察各裂紋試樣的頻域信號，可以看到總幅值有稍微下降，且幅值譜的低頻分量有向右移動的趨勢，且有新增加的高頻分量。此外，幅頻圖上的毛刺明顯增加，幅頻曲線遠(yuǎn)不如健康信號干凈。從相位圖上看，基頻分量附近的相頻曲線顯著向負(fù)方向移動。
       分析出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因，由于試樣在外載荷作用下，內(nèi)部會產(chǎn)生明顯的裂紋，裂紋擴(kuò)展要消耗一部分外界的能量，這部分能量轉(zhuǎn)化為塑性應(yīng)變能。對于聚合物而言，材料屈服后如果繼續(xù)受到外界載荷的作用，材料會出現(xiàn)應(yīng)變硬化現(xiàn)象。此時若要繼續(xù)變形，就要施加更大的力且材料會表現(xiàn)出更大的剛度和強度[10,11]。因此，由于剛度增大的緣故，試樣總的響應(yīng)會有所下降，基礎(chǔ)頻率也會向高端移動。此外，由于裂紋的存在，材料內(nèi)部會出現(xiàn)塑性變形，試樣的動態(tài)特性會因此而趨于一種不穩(wěn)定狀態(tài)，反映在頻譜圖上就是通頻帶毛刺的出現(xiàn)。最后，這種不穩(wěn)定性也是高頻分量出現(xiàn)的原因之一。
       但是，外界環(huán)境的變化和測試設(shè)備的擾動也會給信號帶來毛刺，而且有時系統(tǒng)的擾動還會帶來高頻分量，所以毛刺的出現(xiàn)和輕微的高頻分量不應(yīng)該作為損傷診斷的主要判據(jù)。同時，如果高頻分量的頻帶過高，分析時也有一定的困難，所以診斷規(guī)則中一般不包括甚高頻分量。
3.2 層合板的小波分析
       為驗證頻域分析的結(jié)果，在進(jìn)行頻譜分析的同時，對層合板也進(jìn)行小波分析。圖9所示為小波分析的結(jié)果。

   分析及統(tǒng)計結(jié)果表明，試樣發(fā)生裂紋損傷時，中頻段信號（S132，S133，S134）幅度明顯變小，高頻段信號（S135，S136，S137）變得密集，而且增加了一些新的成分。因此，小波分析的結(jié)果同頻域分析相吻合。
4 結(jié)語
       綜合以上頻域分析和小波分析的結(jié)果，可以得到復(fù)合材料層合板裂紋損傷的診斷策略。
       裂紋損傷的診斷應(yīng)從幅值入手，當(dāng)系統(tǒng)的振幅呈規(guī)則下降且基頻有上升趨勢時，可以初步判斷有微裂紋形成。再依次檢查相位是否有負(fù)方向的移動，有無新的高頻分量出現(xiàn)及幅頻曲線是否出現(xiàn)有毛刺等因素，用以增加裂紋損傷的置信度。必要時可以同時利用頻域分析的結(jié)果和小波分析的結(jié)果，用來準(zhǔn)確確定有無裂紋損傷以及損傷的置信度。
        隨著裂紋的擴(kuò)展，裂紋的尺寸將加大，此時材料的應(yīng)變硬化將不再起主要作用，材料會出現(xiàn)明顯的剛度損失。所以，裂紋擴(kuò)展到一定程度后，系統(tǒng)的幅值會逐漸增大，同時基頻也會向低方向移動。裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，系統(tǒng)的響應(yīng)會進(jìn)一步增大。如果系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)均出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，說明裂紋已擴(kuò)展到相當(dāng)?shù)某潭龋藭r可以判定材料已經(jīng)失效。