基于梯度阈值的太赫兹时域信号自适应稀疏算法

胶接结构广泛应用于航空航天等国防领域,但在工艺制作及使用过程可能会产生胶接界面脱粘缺陷和损伤,由于太赫兹无损检测技术对非金属材料良好的穿透性能,已被广泛应用于复合材料的无损检测中,太赫兹无损检测技术在多层胶接结构样件胶层内部缺陷的无损检测方面具有较大优势。利用反射式太赫兹时域光谱系统检测多层胶接结构样件,得到的具有样件内部材料信息的太赫兹时域信号,但信号中还包含了大量的冗余特征和噪声等无效信息,这些无效信息大大降低了信号处理和分析效率。针对这一问题,文中提出了基于二阶梯度法提取太赫兹时域信号有效特征,以飞行时间误差为限制条件基于信号的时域特征自适应确定阈值,稀疏太赫兹时域信号,减少信号中冗余无效信息,实现太赫兹时域信号的有效压缩。然后,通过二值化图像分割识别多高斯恢复信号和太赫兹时域光谱系统检测信号的太赫兹图像缺陷区域。最后,制备具有脱粘缺陷的多层胶接结构样件,开展太赫兹无损检测实验。结果表明:文中算法的数据压缩率达到了81%,相比传统压缩算法离散余弦变换提高了59%,相比主成分分析算法提高了75%,相比K-SVD字典学习算法提高了26%,缩短了约80%的数据计算时间,减小了约95%数据存储空间占用,且缺陷识别偏差不超过0.05。文中算法极大地提高了数据处理和分析效率,保证了缺陷识别的精度。

基于显微CT技术的C/C-SiC复合材料孔隙率测量方法

提出了一种基于显微CT技术的测量复合材料孔隙率的新方法,研究了C/C-Si C复合材料体积孔隙率测量原理,讨论了测量区域体积对测量结果的影响。研究结果表明,显微CT技术能够获取复合材料内部三维微观图像,通过灰度直方图阈值分割法能够较为精确测量C/C-Si C复合材料体积孔隙率,并且只有选择的测量体积范围超过一定值时才能获得较为精确的测量结果。

多孔C/SiC复合材料数字射线检测技术研究

针对多孔C/SiC复合材料平板构件开展了CR、DR两种数字成像技术研究,设计了适用于评价多孔复合材料数字照相质量的对比试块,研究了管电压、曝光量等参数对检测结果的影响。研究结果表明,管电压、曝光量等参数会影响CR、DR的检测效果,本文提出的槽型、孔型对比试块可以用来表征X射线数字检测图像的质量,为复合材料构件射线检测参数的优化提供了依据。

工业CT检测C/SiC复合材料构件可靠性评定研究

以包含孔洞、夹杂、裂纹、分层等典型缺陷的C/SiC复合材料构件为研究对象,设计了一种可用于评价C/SiC复合材料工业CT检测结果的像质计,提出了一种工业CT检测结果评价方法,并通过高分辨率CT验证了工业CT检测方法的可靠性。研究结果表明,本文设计的像质计可以用于评价工业CT检测结果的可靠性,孔型像质计可以反应孔洞、夹杂等体积型缺陷检测能力,间隙像质计可以反应裂纹、分层等面积型缺陷检测能力。

基于工业CT的多层环状缠绕复合材料层厚检测方法研究

针对多层环状缠绕复合材料层厚测量问题,提出了一种基于工业CT技术的层厚快速测量方法。依据环形构件截面CT图像特点,利用两条弦线快速确定环形构件圆心,并采用半高法确定工业CT图像上不同材质的边界,根据灰度曲线计算出半径方向的复合材料层厚。设计了一种双层环状对比标样,利用本文提出的方法实现了对标样层厚的测量,并与三坐标测量结果进行了比较分析。研究结果表明,本文提出的方法可以实现多层环状复合材料构件任意层厚的快速测量,对环状对比标样层厚测量的相对误差在1%以内。

加速器CT无损检测大尺寸C/SiC复合材料构件

针对回转体和扁平体结构的大尺寸C/SiC复合材料构件,设计了可表征缺陷检测分辨率的像质计,研究了射线能量、准直器宽度等因素对不同类型构件检测结果的影响情况。结果表明:射线能最、准直器宽度及构件尺寸、形状等因素决定了构件内部缺陷检测分辨率;准直器的选择取决于构件的尺寸、形状等特征;射线能量的选择取决于构件的最大穿透厚度。

板壳状微电子器件的数字层析成像检测方法

传统工业CT(industrial computed tomography,ICT)成像方法受扫描原理和探测器、射线源等硬件条件的限制,难以对芯片、印刷电路板等板、壳状微电子器件实施有效的数字层析成像检测.为此,讨论了一种基于锥束射线倾斜扫描和代数重建技术(Algebraic Reconstruction Technique,ART)的薄板层析成像(Computed Laminography,CL)方法,研究了其基于投影凸集理论的投影预处理方法及基于不同区域相似性的重建图像非局部平均降噪后处理方法,建立了基于非晶硅面阵探测器的实验系统,并完成了CPU芯片和印刷电路板的CL成像.实验结果证明了该方法的正确性.

X射线分层层析成像技术及在航空航天领域的应用

X射线分层层析成像(Computed Laminography,CL)是一种先进的非接触式无损三维检测技术,能以高分辨率图像的形式直观地三维可视化板、壳产品内部结构与缺陷,弥补了传统计算机层析成像(Computed Tomography,CT)技术的不足。航空航天领域存在较多的诸如太阳能帆板、水平尾翼、发动机涡轮盘、叶片以及微电子芯片等板、壳类零部件。对其内部损伤与缺陷进行有效的无损检测与评价,是航空航天器飞行安全的重要保障。以航空航天板壳结构CL无损检测应用和笔者在此方面的工程实践为背景,简述了CL技术原理和特点,总结了其研究现状,分析了其关键技术和难点,并展望了其应用前景。

C/SiC复合材料的红外热像无损检测研究

采用红外脉冲热像检测方法对C/SiC复合材料试样中不同尺寸和深度的平底孔模拟缺陷进行无损检测,分析了红外脉冲热像检测方法的检测原理、红外脉冲热像检测结果和微分处理后的检测结果。研究结果表明,对于同一缺陷,红外脉冲热像图中显示的缺陷尺寸随时间变化规律近似服从卡方分布,并且在红外热波信号传播至缺陷深度时,显示的缺陷尺寸最大;对红外脉冲热像图进行微分处理,可提高小缺陷和深度缺陷的检测能力,且能够提高缺陷的识别度;红外脉冲热像法检测C/SiC材料,能发现最小直径为Φ2 mm的缺陷,无法发现深度大于4 mm(直径不大于Φ15 mm)的缺陷;该红外脉冲热像法检测C/SiC材料的最小径深比为1.3。

CFRP蒙皮-CFRP胶接质量的原位超声检测技术

根据CFRP蒙皮-CFRP胶接结构的特点,采用窄脉冲超声反射法对其胶接质量进行原位检测;仿真分析了胶接结构中胶膜及界面脱粘对超声波反射信号的影响;并用自制的窄脉冲延迟块超声探头对脱粘试块进行检测。仿真分析表明:窄脉冲超声波反射信号能够检测Ⅰ界面脱粘;d/λ(胶膜厚度/超声波波长)≤0.5时,能够检测Ⅱ界面脱粘。实验结果表明:自制的5 MHz探头产生的脉冲周期不大于1.5周,达到窄脉冲的要求;采用超声反射法检测时自制的5 MHz探头能够检测出Ⅰ界面脱粘和厚度不大于0.5 mm胶膜的Ⅱ界面脱粘,满足实际产品的原位检测需求。

流场稳定性及烧蚀时间对玻璃钢材料烧蚀性能的影响研究

本文以模压玻璃钢材料为研究对象,模拟材料高温烧蚀环境,以氧-丙烷焰流为热源,拟定测试方案,对材料进行烧蚀试验。探究在不同的热流密度值下,烧蚀距离对流场稳定性的影响,发现当热流密度值≥1.0 MW/m^2时,烧蚀距离改变,热流密度值波动较小,流场稳定性较好。探究烧蚀时间对玻璃钢材料烧蚀性能的影响,分析材料表面形貌变化的原因,发现随着烧蚀时间延长,质量烧蚀率明显下降,材料的线烧蚀率和质量烧蚀率一致性较差,这是因为在较短的烧蚀时间内,模压玻璃钢材料分层膨胀导致线烧蚀率较小,但薄弱的炭层结构会导致材料质量下降明显,质量烧蚀率较大。随着烧蚀时间从60 s升至120 s,材料分层积聚导致材料强度相对增大,抗冲刷能力增强,质量烧蚀率下降。并且在材料可承受的范围内,较长的烧蚀时间才能相对准确地反映材料的线烧蚀率。

航空发动机涡轮叶片工业CT图像降噪方法

在分析航空发动机涡轮叶片工业计算机层析成像(computed tomography,CT)图像自相似性特点基础上,讨论了一种基于图像不同区域相似性的非局部平均降噪算法,首先采用高斯加权欧式距离算子计算同一图像中不同区域间的相似性,然后对具有较强相似性的区域进行叠加平均,从而降低噪声,同时保持图像边缘的对比度.针对非局部平均算法计算复杂度高、计算量大的问题,研究了一种基于傅里叶变换的非局部平均降噪加速算法,以欧式距离算子替代高斯加权欧式算子提高相似性的计算效率,减少计算时间.实验结果表明,在保证航空发动机涡轮叶片工业CT图像降噪效果的情况下,处理速度提高了4倍以上.

基于显微CT图像的近场动力学建模与复合材料微结构破坏模拟

随着纤维增强复合材料应用领域的不断扩展且用量激增,亟需理清复合材料微观结构损伤对宏观力学性能影响的内在机制.因此,发展针对纤维增强复合材料微结构破坏过程的建模与高效模拟方法就显得十分重要.论文借助显微CT(Micro-computed Tomography)扫描技术,提出了一种基于显微CT图像中像素点离散的近场动力学建模与模拟方法.一方面,近场动力学作为一种由积分方程建模的非局部理论,便于采用基于空间点离散的数值计算方法,相比传统的连续介质力学能够更有效地模拟材料从连续变形到裂纹萌生与扩展(非连续变形)的全过程.另一方面,对显微CT图像使用像素点灰度阈值分割操作,能够快速建立含有复合材料原位微结构信息的空间点离散模型.该离散模型可以直接用于微结构破坏过程的近场动力学模拟,从而避免了传统的数值模拟技术需要依据像素点先建立光滑的几何模型、再划分成有限单元网格的复杂前处理过程,并且极大地保留了复合材料的原位组分分布信息.数值模拟结果表明,基于显微CT图像的近场动力学建模方法能够精确捕捉到复合材料微结构信息,并能准确模拟纤维增强复合材料的微结构破坏过程.