復(fù)合材料層合板作為一種先進的結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、交通運輸、建筑、機械、化工、電力、體育運動以及軍事等方面得到了廣泛應(yīng)用，在諸多復(fù)合材料的應(yīng)用中占據(jù)了很大的成分[1,2]。然而，復(fù)合材料層合板在制備過程中不可避免地會產(chǎn)生一些內(nèi)部缺陷，在使用過程中也會隨著時間的增加逐漸產(chǎn)生一些損傷。這些損傷的積累與擴展使得層合板結(jié)構(gòu)的性能大為降低，剛度和強度急劇下降，甚至引發(fā)重大事故。因此，對復(fù)合材料層合板構(gòu)件進行實時、有效的無損檢測，可及早發(fā)現(xiàn)問題，采取補救措施，從而延長構(gòu)件的使用壽命，防止災(zāi)難性事故的發(fā)生。
       裂紋是復(fù)合材料層合板的主要損傷類型之一，也是造成復(fù)合材料層合板失效的主要原因[3,4]。因此，應(yīng)該加強對復(fù)合材料層合板裂紋損傷的無損檢測和智能診斷技術(shù)的研究，找到簡便、實用的裂紋損傷診斷方法，及早發(fā)現(xiàn)裂紋的存在，進而采取措施阻止裂紋的擴展。
       復(fù)合材料層合板發(fā)生裂紋損傷時，其內(nèi)部能量結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化，這些變化對外可以表現(xiàn)為動態(tài)特性要發(fā)生顯著的變化[5~7]。因此，分別研究層合板在健康狀態(tài)下和裂紋損傷狀態(tài)下的動態(tài)特性，就可以分析建立裂紋損傷的診斷知識規(guī)則。首先研究健康構(gòu)件的信號，通過大量的實例統(tǒng)計出構(gòu)件正常運行時的信號譜圖，并以此作為實時監(jiān)測的判據(jù)，判斷構(gòu)件在實時運行中是否處于損傷狀態(tài)。然后對裂紋損傷構(gòu)件進行研究，找到裂紋損傷的典型信號特征，建立裂紋損傷的診斷知識庫。當構(gòu)件在實際運行中動態(tài)特性出現(xiàn)異常時，可將實際信號與損傷典型信號進行對比，判斷構(gòu)件內(nèi)部是否發(fā)生裂紋損傷，并推理出裂紋損傷的置信度。
       具有正逆壓電效應(yīng)的各類壓電材料是構(gòu)造上述裂紋損傷在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的首選材料之一[8]。壓電元件既可作傳感器又可作驅(qū)動器，且頻響高，處理電路簡單。利用壓電材料進行復(fù)合材料層合板動態(tài)特性的測試，具有成本低廉、方便實用等特點。壓電材料可以作為復(fù)合材料的一個鋪層加入到材料中，和復(fù)合材料完全融合在一起，做到基本不影響材料原有性能[9]。
1 測試試樣制備
1.1 試樣糊制
    復(fù)合材料層合板試樣外形尺寸如圖1，共12層玻璃布，第6層和第7層之間放入四個壓電陶瓷片，放置位置如圖1所示。表1列出了復(fù)合材料層合板的原料配比。試樣在常溫下手糊成型。


       由于復(fù)合材料層合板是采用玻璃布和樹脂手糊成型，因此完全固化后要進行切割修整，以去除毛刺。修整后的試樣尺寸為290×440mm。

        試樣制備完畢后，對每一個試樣進行測試，其分析結(jié)果作為健康信號保存起來以便以后和損傷信號進行對比。
       1.2 裂紋損傷的加工
       為了能夠分析出試樣在裂紋損傷狀態(tài)下的動態(tài)特性，需要將成型好的健康試樣加工成損傷狀態(tài)，然后進行損傷信號的測試分析。具體方法為使用刀具在試樣的中間沿寬度方向切開一個小缺口，以此來模擬層合板的裂紋。切口的尺寸為2×10mm，深度約為1.5mm，切槽為圓弧形。