復合材料層合板作為一種先進的結構材料，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用，在諸多復合材料的應用中占據了很大的成分[1,2]。然而，復合材料層合板在制備過程中不可避免地會產生一些內部缺陷，在使用過程中也會隨著時間的增加逐漸產生一些損傷。這些損傷的積累與擴展使得層合板結構的性能大為降低，剛度和強度急劇下降，甚至引發重大事故。因此，對復合材料層合板構件進行實時、有效的無損檢測，可及早發現問題，采取補救措施，從而延長構件的使用壽命，防止災難性事故的發生。
裂紋是復合材料層合板的主要損傷類型之一，也是造成復合材料層合板失效的主要原因[3,4]。因此，應該加強對復合材料層合板裂紋損傷的無損檢測和智能診斷技術的研究，找到簡便、實用的裂紋損傷診斷方法，及早發現裂紋的存在，進而采取措施阻止裂紋的擴展。
復合材料層合板發生裂紋損傷時，其內部能量結構要發生變化，這些變化對外可以表現為動態特性要發生顯著的變化[5~7]。因此，分別研究層合板在健康狀態下和裂紋損傷狀態下的動態特性，就可以分析建立裂紋損傷的診斷知識規則。首先研究健康構件的信號，通過大量的實例統計出構件正常運行時的信號譜圖，并以此作為實時監測的判據，判斷構件在實時運行中是否處于損傷狀態。然后對裂紋損傷構件進行研究，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。當構件在實際運行中動態特性出現異常時，可將實際信號與損傷典型信號進行對比，判斷構件內部是否發生裂紋損傷，并推理出裂紋損傷的置信度。
具有正逆壓電效應的各類壓電材料是構造上述裂紋損傷在線監測與診斷系統的首選材料之一[8]。壓電元件既可作傳感器又可作驅動器，且頻響高，處理電路簡單。利用壓電材料進行復合材料層合板動態特性的測試，具有成本低廉、方便實用等特點。壓電材料可以作為復合材料的一個鋪層加入到材料中，和復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列出了復合材料層合板的原料配比。試樣在常溫下手糊成型。
由于復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下的動態特性，需要將成型好的健康試樣加工成損傷狀態，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。
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