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合材料構件內(nèi)產(chǎn)生振動信號，引起構件內(nèi)部能量變化。壓電傳感器感受到復合材料構件的振動后輸出相應的信號，該信號經(jīng)放大、濾波后送入數(shù)據(jù)采集儀進行數(shù)據(jù)采集，然后送入計算機進行信號處理。
       試驗機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采集轉換后送入電腦。試驗機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合材料構件內(nèi)產(chǎn)生振動信號，其響應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行頻域分析，得到相應的幅值譜和相位譜。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合材料層合構件中的裂紋損傷進行實時監(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，裂紋擴展要消耗一部分外界的能量，這部分能量轉化為塑性應變能。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，試樣總的響應會有所下降，基礎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果，在進行頻譜分析的同時，對層合板也進行小波分析。圖9所示為小波分析的結果。

   分析及統(tǒng)計結果表明，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，小波分析的結果同頻域分析相吻合。
4 結語
       綜合以上頻域分析和小波分析的結果，可以得到復合材料層合板裂紋損傷的診斷策略。
       裂紋損傷的診斷應從幅值入手，當系統(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果和小波分析的結果，用來準確確定有無裂紋損傷以及損傷的置信度。
        隨著裂紋的擴展，裂紋的尺寸將加大，此時材料的應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。裂紋進一步擴展，系統(tǒng)的響應會進一步增大。如果系統(tǒng)的幅頻響應和相頻響應均出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，說明裂紋已擴展到相當?shù)某潭?，此時可以判定材料已經(jīng)失效。