基于分割环阵的CFRP分层缺陷超声全聚焦成像

碳纤维复合材料在钻孔加工时易产生分层缺陷,分层缺陷严重影响了构件的力学性能,存在严重的安全隐患。针对碳纤维复合材料孔边分层缺陷的检测,提出一种基于分割环形阵列的1/4矩阵全聚焦成像方法。设计了R4×S8、R3×S12、R3×S16和R4×S12四种分割环形阵列结构,通过数值仿真对比分析了各阵列的聚焦声场特点,最终确定分割环阵探头为5 MHz的R4×S12探头。使用该探头对碳纤维复合材料孔边分层试块的上层、中层、下层缺陷进行全矩阵采集,利用VTK工具包分别进行全矩阵三维成像和1/4矩阵三维成像。结果表明,1/4矩阵方法比全矩阵方法三维成像的缺陷对比度更高,1/4矩阵方法的缺陷尺寸表征误差更小,误差不超过6%。与全矩阵成像相比,1/4矩阵成像信噪比提升范围为3.43~7.61 dB,有效提升了图像质量。

SSA降噪算法在超声检测中的应用

超声检测信号中往往会携带部分噪声信号,以材料晶界散射噪声和系统噪声居多。针对一些传统超声信号降噪方法的局限性和不足,将奇异谱分析(SSA)算法引入到超声信号的降噪中。该方法源于主成分分析法(PCA),根据奇异谱中信号主成分和噪声成分的奇异值差异提取出信号主成分,再对提取出的若干个信号主成分进行信号重构,实现降噪目的。最后对比了SSA方法与小波阈值去噪、EMD(经验模态分解)滤波和稀疏分解重构等传统降噪方法的降噪效果。试验结果表明,SSA算法对不同信噪比的含噪信号均有较好的降噪效果,显著优于其他传统的降噪方法,且无需更多的先验信息。

SiC_(p)/AZ91D镁基复合材料中SiC_(p)颗粒分散情况的无损检测方法

SiC_(p)/AZ91D镁基复合材料在航空航天领域应用较为广泛,但由于国内外对于超声波检测方法研究SiC_(p)/AZ91D镁基复合材料中SiC_(p)颗粒分布情况鲜见报道。本工作通过挤压铸造法,制备体积分数分别为0%,2%,4%和6%的SiC_(p)颗粒增强镁基复合材料。为了研究复合材料中颗粒分布情况,本工作采用超声声速法、超声衰减法、超声波特征扫描成像检测及非线性超声检测方法对SiC_(p)颗粒分散性进行研究。探索各种声学参量随SiC_(p)体积分数的变化关系及不同的检测方法对SiC_(p)颗粒分布情况检测能力的差异,并进行实验验证。结果表明:超声特征扫描检测及超声速度法能够定量检测SiC_(p)宏观团聚,超声衰减法对表征微观团聚和宏观团聚都能达到一个很好的效果,非线性超声检测方法对于检测SiC_(p)微观团聚更为敏感,颗粒不均匀时对力学性能影响最为突出,抗拉强度大大降低。

基于偏置磁场EMAT表面波换能器效率的分析

为提高常规EMAT(电磁超声)换能器效率,设计一种新型偏置磁场EMAT换能器。利用有限元软件建立EMAT激励表面波的二维仿真模型,对比分析常规和偏置EMAT对激励表面波的影响。最后设计正交试验研究磁铁高度、磁铁宽度、线圈高度、线圈宽度和线圈提离对偏置EMAT激励表面波的影响规律,并通过试验验证了其准确性,此外还研究了偏置磁铁对接收EMAT的影响。结果表明,偏置EMAT换能器激励的表面波幅值比常规EMAT的提高了51%,并且该方法不会在频域信息上发生主频分叉畸变问题,采用偏置EMAT接收的信号幅值比常规EMAT的提高了38%,偏置EMAT能有效提高检测灵敏度。

时间反转法在水下通信中的应用

将时间反转法应用于水下扩频编码通信,在分析水下波导中时间反转自适应聚焦特性的基础上,研究了时间反转法克服多径效应对编码信号造成的波形畸变,采用BPSK(Binary Phase Shift Keying)编码方式,选取7位巴克码(Barker code) 作为扩频编码信号的码型,在实验水槽内进行了时间反转法用于水下通信的实验研究并进行了相应的理论分析。理论和实验证明了时间反转法能获得聚焦增益并提高编码信号相关解码时的主副瓣比,因此时间反转法应用于水下编码通信时,可望降低误码率和提高水下通信距离。

计算机辅助在TKY管节点焊缝超声相控阵检测中的应用

采用解析几何理论与方法,对TKY管节点焊缝进行了数学模型的构建.在获得管节点焊缝截面图形基础上,按照规定尺寸绘制焊缝接头,并依据实物尺寸绘制相控阵探头轮廓和超声波的声束线.运用计算机辅助技术实现了焊接接头声束覆盖范围可视化效果,较好地指导了相控阵检测工艺设计,能够对TKY管节点焊缝超声检测盲区进行评估,从而克服了相控阵超声检测参数设置的盲目性.对人工设计的Y形管节点焊缝试样检测表明,利用超声相控阵成像技术和计算机辅助技术相结合手段有助于管节点焊缝作快速检测和评价.

复合材料层状薄板超声特征扫描成像检测

传统超声B扫描和C扫描成像方法不能满足复合材料的检测需求。简要介绍了超声特征扫描(F扫描)成像方法的原理、扫描系统的设计和聚焦探头的制作等。F扫描是以波形上升时间、下降时间、脉冲周期和频谱特性等波形特征或缺陷类型、形状和大小等缺陷特征为特征量进行信号提取和重构并最终成像的方法。试验样件为2 mm厚的复合层状薄板,在板中距上表面0.6和1.4 mm处的两层结合层中分别制作了三个最小直径为1.2 mm的分层缺陷。试验表明,设计的超声特征扫描系统可采用幅度成像、深度成像和底波成像方法成功检测出预制缺陷,并且可实现层析成像功能,还可用于层状薄板的密度和硬质合金的厚度成像,具有强大的功能和多种材料分析用途。

固体药柱的超声特征扫描成像检测

研究了固体火箭发动机药柱的声传播特性。介绍了超声特征扫描成像方法的原理、扫描系统的设计。采用研制的低频组合探头,提高了声波在粘弹介质中的穿透能力。试验表明,设计的超声特征扫描系统可采用幅度成像、深度成像成功检测药柱的缺陷。

曲轴R区域超声相控阵检测方法研究

针对曲轴结构复杂的特性,开展超声相控阵技术在某型曲轴R区域检测中的应用研究。首先,建立曲轴R部位的声束覆盖模型,研究超声相控声束对曲轴R部位的覆盖及反射特点;然后,用超声相控阵方法对曲轴R区域进行检测实验,采用弧面楔块,改善声耦合效果;用VB编写的辅助检测软件,对回波信号进行定位和分析。实验对象为带人工缺陷的三拐曲轴,利用相控阵多角度声束扫查功能对其进行检测,将相控阵系统得到的回波信号数据输入辅助软件对缺陷进行定位,其定位绝对误差<2 mm,并且缺陷位置显示直观,有利于判别。实验研究结果表明:利用超声相控阵成像技术和辅助检测软件相结合的手段有助于曲轴R区域缺陷的快速检测和准确评价。

RTM碳纤维复合材料宏观缺陷超声表征及分析

以RTM碳纤维复合材料为研究对象,通过超声特征扫描成像系统对大量试样进行检测,由理论可知,超声波的反射特性会随着宏观缺陷类型的不同而不同。首先从理论上分析各缺陷的反射特性,然后找出不同的宏观自然缺陷,归纳总结各种缺陷对应的图像特点,再采取破坏方法对试样进行切割、打磨,通过显微镜观察不同缺陷形貌特征。结果表明,超声特征扫描成像系统可以检测并分辨出不同的宏观缺陷,通过观察缺陷金相图可知不同类型缺陷形貌特征也各不相同,为RTM碳纤维复合材料宏观缺陷检测及形貌研究提供了一种可行方案。

声学法测量复合绝缘子弹性常数

提出了一种实用的声学法测量复合材料弹性常数的方法。依据复合材料中声波速度与材料弹性常数之间的本构关系,测量不同传播方向的少数几个声速,就可以得到其弹性常数矩阵。以复合绝缘子为测量样品,为提高测量横波的精度,根据超声波在边界上的波型转换条件,使用常规纵波探头对由掠入射纵波产生的横波进行测量。

CFRP夹层结构超声特征成像检测

采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。

RTM/纺织复合材料孔隙率非线性超声方法研究

由于RTM/纺织复合材料在物理性能上呈现显著的各向异性,给材料的缺陷检测和评价带来困难,提出了一种用于RTM/纺织复合材料孔隙率的非线性超声检测方法。从非线性理论出发,运用非线性超声的二次谐波非线性系数进行RTM/纺织复合材料孔隙率检测。分析结果表明,二次谐波非线性系数的改变与试块的孔隙率之间存在着良好的线性关系,有助于建立RTM/纺织复合材料孔隙率的超声检测模型。

基于超声的碳纤维复合材料孔隙率表征方法对比研究

研究了超声法表征复合材料孔隙率的方法,使用频域参量非线性系数进行表征,定义了经典和改进型非线性系数表达式,分析了两种非线性系数的特点,对比讨论了两种非线性系数用于评价孔隙率的灵敏度。通过改变固化压力的方法制备了碳纤维复合材料孔隙率试样,采用金相分析统计了孔隙率,并进行了衰减与非线性系数表征孔隙率的对比研究。结果表明,改进型非线性系数效果最好,经典非线性系数次之,衰减系数效果最差。改进型非线性系数更适合表征孔隙率。

基于FPGA的超声相控阵接收系统的研究

超声相控阵检测技术具有提高检测灵敏度、分辨力和信噪比等优点。该文基于现场可编程门阵列(FPGA)技术,控制接收部分的信号以完成电压隔离,放大,滤波处理并转换为低电压差分信号(LVDS)等功能,实现了超声相控阵接收控制系统的小型化和数据传输的高速化。实验结果表明,处理的信号满足所需要求,系统稳定,对相控阵接收系统的优化具有重要意义。

无损检测新的机遇与挑战:连续纤维增韧陶瓷基复合材料

新材料和新结构的连续纤维增韧陶瓷基复合材料的无损检测,对无损检测研究人员带来了机遇,也提出了严峻的挑战。同样,准确可靠的无损检测技术也对连续纤维增韧陶瓷基复合材料的优化设计、制备过程控制、成品及服役期质量、材料性能演变与表征等具有重要意义。

TKY管接点焊缝形状模型在相控阵检测中的应用

为解决TKY管节点焊缝超声检测缺陷定位难的问题,针对TKY管节点焊缝复杂的三维空间形状,通过简化并建立了管节点焊缝任意剖面的二维平面模型,并运用计算机编程,实现管节点焊缝上任意位置剖面图的绘制。在此基础上,模拟了管节点焊缝超声相控阵检测的声束覆盖效果及对反射回波的定位方法。试验还制作了一套带有人工缺陷的TKY试块对以上模型进行验证,并对试验结果进行了分析。

基于衍射波的孔类缺陷超声相控阵定量方法研究

针对常规超声检测方法对小孔型缺陷难以准确定量的问题,利用超声相控阵的声束偏转聚焦和成像技术,基于固体中横孔对声波的衍射特性,提出采用一次反射回波和衍射回波来确定孔类缺陷的直径尺寸。首先,利用动态光弹系统对声波入射横孔的传播规律进行研究,分辨出一次反射回波与衍射回波。其次,采用超声相控阵系统对不同深度下孔径分别为φ1 mm、φ2 mm、φ3 mm、φ4 mm以及同一深度下孔径差值为0.2 mm的等差横孔进行定量实验。研究结果表明利用本文提出的定量方法能快速有效的确定孔型缺陷直径尺寸,对相控阵的定量问题研究具有一定的参考价值。

非线性超声检测方法及应用

为保证构件的安全使用,需要建立可靠的、定量的材料无损评价和表征技术。利用超声波传播的非线性特性,可以解决一些线性超声检测技术难以解决的问题。研究发现,非线性超声检测方法在闭合裂纹检测、粘接结构粘接强度评价、力学性能退化评估等方面显示出了线性超声检测无法比拟的优点。

相控阵线阵换能器的三维成像方法研究

随着现代工业的发展,由于传统的二维超声成像检测反映的缺陷空间信息过于片面,已经不满足实际的检测需求。因此,超声三维成像检测技术应运而生。超声三维成像技术包括丰富的缺陷空间信息,对工件的无损评价有实质性的帮助。该研究借助可视化工具包(VTK)绘制平台,采用编码器触发的一维线阵换能器对工件进行全覆盖式扫查,将每个截面的相控阵线阵换能器扫查所得的A扫波形信号进行横向排列处理,绘制出各个截面的B扫图像。提出了最临近插值绘制法,将各个截面的B扫图像进行堆叠,重构工件的三维图像。通过对试块的三维成像结果表明,该成像方法能准确地反映缺陷的空间信息。