《Journal of Sound and Vibration》：High-resolution imaging based on low frequency localized resonance in honeycomb structures
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•局部共振模式可以有效揭示核心-表皮之间的结合状况。•低频局部共振成像方法能够很好地检测到脱胶现象。•无需耦合剂，该方法能够生成与20 MHz C扫描相当清晰的晶格图像。引言在航空航天工程领域，先进材料和技术的发展对于提高飞机和航天器的性能与安全性起着关键作用[1,2]。近年来，
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局部共振模式可以有效揭示核心-表皮之间的结合状况。
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低频局部共振成像方法能够很好地检测到脱胶现象。
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无需耦合剂，该方法能够生成与20 MHz C扫描相当清晰的晶格图像。
引言
在航空航天工程领域，先进材料和技术的发展对于提高飞机和航天器的性能与安全性起着关键作用[1,2]。近年来，蜂窝结构[3]受到了广泛关注。这些轻质高强的结构因其出色的机械性能和低重量比而广泛应用于飞机和航天器的制造中[4],[5],[6]。然而，在制造和使用过程中，蜂窝结构不可避免地会遭受各种损伤。因此，航空航天工业面临的一个关键挑战是寻找非破坏性检测方法，以准确评估结构的完整性和质量，尤其是在使用过程中[7],[8],[9]。传统的检测技术如放射照相[10,11]、红外热成像[12],[13],[14],[15]和激光剪切成像[16,17]已被用于定位和定量评估蜂窝结构中的损伤。然而，放射照相检测需要严格的防护措施，并且在垂直检测方向上对面积型缺陷（如脱胶和分层）无能为力。红外热成像的检测效果受环境因素影响较大，而激光剪切成像对较小尺寸的缺陷不够敏感[9]。超声C扫描以其高灵敏度而被广泛用于检测金属、非金属和复合材料[18,19]。为了实现更精确的成像检测，分辨率理想上应与芯壁厚度（< 1 mm）相匹配，相应的探头频率应高于约10 MHz，并且通常需要用水作为耦合剂以防止阻抗不匹配[20]。实际上，使用耦合剂不适用于在用检测，可能会导致结构腐蚀。因此，目前采用空气耦合超声C扫描[21,22]来解决这一问题，但它也存在一些挑战，如模糊效应和较低的检测灵敏度[23]。
因此，当前成像方法中提高分辨率的主要策略包括增加检测频率、扩大孔径大小或采用先进的信号处理算法[24,25]。然而，这些方法常常遇到实际限制，例如硬件微型化的物理约束、高频下对噪声和衰减的敏感性增加，以及超分辨率算法本身的计算复杂性[26]。如果能够基于蜂窝结构本身的声学传播特性开发出一种成像方法，或许可以在不增加系统复杂性的情况下实现高成像分辨率。我们之前的研究提出了一种在干耦合条件下进行检测的方法[27]。利用蜂窝结构的表皮局部共振特性，可以更准确地获取其声学传播特性。在低频范围（<100 kHz）内，由于局部共振引起的弯曲波带隙和零群速度等声学特性被用于无需耦合剂的脱胶检测。这些方法的缺陷分辨率为约20 mm。通常，在与共振频率对应的波长尺度上，分辨率较低。这些结果表明，可以克服传统成像方法分辨率的限制。然而，如何更有效地利用共振效应来实现更高分辨率的检测仍是一个研究相对不足的领域。
在本文中，我们提出了一种基于表皮局部共振的蜂窝结构高分辨率成像方法。通过计算和分析色散关系，可以获得局部共振模式的振动特性和频率。通过对结构进行A扫描和线扫描，证明了高分辨率成像的可行性。最后，通过将所提出的方法得到的扫描图像与超声C扫描的结果进行比较，验证了该方法的检测能力。
章节摘录
材料与样品制备
本研究中研究的蜂窝结构采用镍基高温合金（Haynes 214）制成，其材料特性为杨氏模量E=218 GPa、泊松比μ=0.3、密度ρ=8050 kg/m3。表皮和核心通过Ni82CrSiB焊接合金在1020 - 1100 °C下焊接在一起。样品如图1所示。表皮的厚度d1为0.2 mm，核心的高度h为4.1 mm，核心壁的厚度d2为0.1 mm。
结果与讨论
为了验证所提出方法的可行性，本节设计了以下实验：首先，分析了蜂窝结构的色散关系，以确定局部共振模式的位移特性和特征频率；其次，比较了不同接收位置的信号特征，以验证理论分析；第三，研究了检测距离和角度对信号幅度的影响。
结论
本文提出了一种基于表皮局部共振效应的蜂窝结构高分辨率成像方法。通过分析局部共振模式，发现该模式具有出色的核心-表皮连接状态表征能力。实验结果表明，不同的核心-表皮连接状态会导致信号幅度响应不同，而且这种响应变化在完整结构中表现出周期性。当存在缺陷时...
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报道工作的竞争性财务利益或个人关系。
CRediT作者贡献声明
袁野：撰写——初稿、验证、软件开发、方法论、研究设计、数据分析、概念构建。刘斌：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、方法论、资金争取、数据分析、概念构建。程晓斌：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金争取。杨军：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理。
袁野|刘斌|程晓斌|杨军|张志国
