石英纤维增强复合材料内部孔洞缺陷的红外热成像检测有限元分析研究

在石英纤维增强树脂基复合材料平板上钻直径和深度不同的盲孔,模拟材料内部的孔洞缺陷。采用数值模拟方式,建立了石英纤维增强复合材料盲孔缺陷平板试样三维实体模型,对盲孔缺陷平板试样红外热成像检测过程进行模拟计算,重点研究了盲孔缺陷大小、深度、分布等以及脉冲热源强度和加热时间对红外热成像检测信号的影响规律。结果表明,在一定范围内,缺陷径深比越大,最大温差越大,最大温差对比度越大,越容易被检出;脉冲热源强度越大和加热时间越长,最大温差越大,缺陷越容易被检出;最大温差对比度不随热源强度和加热时间的改变而改变,增加热源强度和加热时间并不能提高红外热成像图像上缺陷的清晰程度。

蜂窝夹层复合材料激光剪切散斑检测技术研究

通过在石英纤维增强树脂基复合材料/NOMEX蜂窝胶接面预埋聚四氟乙烯薄膜的方式来模拟脱粘缺陷,设计制备了不同厚度蜂窝A夹层脱粘缺陷试样。采用热加载和真空加载两种加载方式对制备的人工缺陷试样进行激光剪切散斑检测,研究了激光剪切散斑检测对蜂窝A夹层脱粘缺陷检测的可行性和局限性,同时分析了激光剪切散斑检测可识别最小脱粘缺陷尺寸以及两种加载方式检测精度的差异,并与红外热成像检测技术进行了对比试验与分析。结果表明,激光剪切散斑检测适用于蜂窝A夹层脱粘缺陷的检测,但无法从单侧检测面实现对内部全部缺陷的检测;最小可识别蜂窝A夹层脱粘缺陷直径为Φ9mm,且随着脱粘缺陷尺寸的逐渐减小,脱粘缺陷的检测效果越来越差;真空加载与热加载相比检测精度要低。

CFRP复杂几何结构区相控阵超声检测建模与声传播规律

为厘清碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)复杂几何构件相控阵超声检测中声传播规律,围绕CFRP材料R区开展了弹性特性表征、有限元建模、声场计算及实验验证工作。基于超声液浸背反射法和模拟退火算法求解了CFRP单向板刚度矩阵反问题,并借助Bond变换实现了R区弹性特性的定量描述。结合微观组织分析等获取材料、几何特征,建立了虑及曲面形状、叠层、弹性各向异性的R区相控阵超声检测有限元模型,计算了R区相控阵超声检测A、B扫描信号,发现存在结构噪声和缺陷伪像。在此基础上研究CFRP材料R区瞬态声场并与CFRP平板、弹性各向同性R区和0°单向板R区情况对比,阐明了结构噪声和缺陷伪像的形成机制:弹性各向异性叠层结构导致倾斜入射的超声波发生反射和折射,与沿肋板传播的快速波混叠在R区形成结构噪声,同时多向板R区两侧肋板反射导致缺陷伪像,即材料弹性各向异性与构件曲面叠层结构耦合共同影响缺陷的精准辨识。