CFRP板倾斜冲击损伤的非线性超声评价

针对碳纤维增强聚合物(CFRP)板的倾斜冲击损伤检测问题,提出用非线性Lamb波响应进行评估,并应用ABAQUS软件中的Explicit模块,通过有限元法建立了CFRP板受到低速冲击以及损伤后的非线性超声检测的全过程仿真模型,通过低速冲击试验和非线性检测试验验证了模型的正确性。利用此模型进一步研究了冲击角度与检测距离对相对非线性系数(RANP)的影响。研究结果表明:在一定冲击角度区间中,冲击角度的增加会导致CFRP板吸收能量及分层损伤的减小,并进一步导致了RANP的降低,而RANP与检测距离的变化趋势相一致。

不锈钢疲劳微损伤的非线性超声检测方法

针对常规超声技术无法检测微小疲劳损伤的问题,提出基于有限幅度法的疲劳损伤非线性超声检测方法。设计检测平台提供稳定可调的探头声耦合性能,提高非线性超声检测信号的稳定性;在各种激励电压下提取微损伤区的相对非线性系数,结合金相测量方法深入分析非线性系数对微小疲劳损伤的检测能力及激励电压对检测能力的影响。结果显示,相对非线性系数可定量表征金相实验无法观察的微疲劳损伤,激励电压可影响检测效率和检测分辨率,是非线性超声有限幅度法的关键检测参数。

金属板件中微裂纹的非线性超声表征方法研究

研究非线性超声波动规律,确定二阶、三阶相对非线性系数与基波、谐波幅值之间的关系。建立微裂纹非线性弹簧模型,研究在循环载荷作用下微裂纹形状尺寸(长度和宽度)变化对超声接收信号谐波幅值数的影响,确定二阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,二阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,二阶相对非线性系数随之减小。将二阶相对非线性系数与裂纹形状非线性弹簧模型与实验结果进行对比,具有较好的一致性。研究了三阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,三阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,三阶相对非线性系数随之减小。

GH4169高温合金疲劳寿命非线性超声检测研究

基于超声无损检测理论,研究金属板材弯曲疲劳引起的超声非线性波动规律,建立相对非线性超声系数β′、δ′与基波、谐波幅值定量关系。利用位错模型解释了金属材料存在晶格微缺陷或应力时,超声二阶与三阶非线性系数β、δ的变化趋势。建立非线性超声检测系统,测量GH4169高温合金板材疲劳弯曲试验过程中超声相对非线性系数β′、δ′的变化趋势。实验结果表明:随着疲劳寿命的增加,相对非线性系数单调增加。二阶与三阶相对非线性系数与疲劳寿命关系转折点分别出现在疲劳寿命80%左右和60%左右。在第一阶段相对非线性系数随着疲劳寿命单调增大,在第二阶段相对非线性系数随着疲劳寿命增加出现波动或保持不变,甚至出现下降现象。对于二阶相对非线性系数,实验曲线与位错综合模型预测数据具有较好的一致性。对于三阶相对非线性系数,实验曲线与位错偶模型预测数据具有较好的一致性。

CFRP层板低能冲击损伤的非线性超声兰姆波检测技术研究

CFRP层板中不可见冲击损伤的线性超声响应特征很弱,由此提出CFRP层板中低能量冲击损伤的非线性超声Lamb波检测方法。首先搭建非线性超声Lamb波检测平台,提出Lamb波激发方法并分析其模态构成,其次判定各模态是否满足非线性超声Lamb波检测条件,最后分析线性及非线性超声检测特征对损伤的敏感程度,提出检测不可见冲击损伤的非线性特征参数。研究结果表明,相对非线性系数对3、5 J低能量不可见冲击损伤具有较高的检测灵敏度,能够用于该类损伤的无损检测。

基于非线性超声波的疲劳损伤检测试验研究

对完整铝板、含孔铝板以及用复合材料补片修补后的铝板分别进行疲劳试验和非线性超声波检测试验,提取三组试件不同疲劳周期下的基波幅值和二次谐波幅值,得到其相对二阶超声非线性系数,并拟合出相对二阶超声非线性系数随疲劳周期变化的曲线图,以研究相对二阶超声非线性系数与疲劳损伤过程的对应关系。结果表明:随着疲劳周期增加,三组试件的相对二阶超声非线性系数均呈现先缓慢上升,然后快速上升并到达峰值,最后下降的趋势,这与疲劳损伤过程中位错和裂纹的产生及扩展过程相一致;同时发现:孔损伤会加剧微裂纹向宏观裂纹的过渡,而用复合材料补片修补孔损伤可减缓裂纹的扩展。

涂层固化状态的非线性Lamb波实时监测方法

为了对固体火箭发动机涂层固化状态进行有效表征,研究了一种基于相对三阶非线性系数的涂层固化状态表征方法。根据Lamb波在涂层固化过程中表现出的非线性特性,实验研究了非线性Lamb波在钢/涂层双层复合粘接结构中的传播规律,分析了声衰减系数、基波幅值、三次谐波幅值和涂层厚度在整个固化过程的变化规律,探索了关于基波幅值、三次谐波幅值和厚度参数相结合的相对三阶非线性系数表征方法。研究结果表明:相对三阶非线性系数与固化过程存在明显的规律性;在粘流态、凝胶态和玻璃态归一化相对三阶非线性系数变化范围分别为1~0.63、0.63~0.57和0.57~0.56。因此,相对三阶非线性系数能明显地反映涂层的不同固化过程,可用于涂层固化状态的表征。

基于电磁超声的塑性损伤铝材抗拉强度预测

针对电磁超声信号信噪比低这一问题,在利用相对非线性系数预测抗拉强度的同时引入应力三轴度来提升塑性损伤试件抗拉强度预测的准确性。建立了电磁超声非线性检测塑性损伤试件的有限元三维仿真模型,计算两个特征参量:应力三轴度和相对非线性系数,研究试件的内部应力状态特征和电磁超声检测信号的频谱特征。仿真分析结果表明这两个特征参量敏感的损伤阶段不同,应力三轴度对塑性损伤中后期较为敏感,而相对非线性系数对前期损伤较为敏感。建立了电磁超声非线性检测塑性损伤试件的实验平台,对不同塑性损伤试件进行电磁超声检测,测得其相对非线性系数;通过电子万能试验机测得抗拉强度,进一步对不同塑性损伤试件的相对非线性系数与抗拉强度的关系以及应力三轴度与抗拉强度的关系进行了量化分析,把两个特征参量结合进行抗拉强度的预测可以提高其预测的准确度。

CFRP层板低能冲击损伤的非线性兰姆波特征成像

针对碳纤维复合材料板低能量冲击损伤的线性超声响应特征很弱、难以用于检测该类损伤的问题,提出碳纤维复合材料层板低能量冲击损伤的非线性兰姆波成像检测技术。搭建检测平台并制备冲击损伤程度各异的检测试样;分析碳纤维增强树脂基复合材料层板中兰姆波的各向异性传播特性和模态结构,激发满足非线性超声检测要求的兰姆波模态,并分析相对非线性系数对低能冲击损伤的表征能力;提出基于损伤因子的非线性超声兰姆波成像算法和成像扫描方法,并通过优化成像算法提高成像效果。研究结果表明,相对非线性系数对低能量冲击损伤有很高的检测灵敏度,基于损伤因子的非线性Lamb波成像方法可实现对复合材料低能冲击损伤的直观成像检测。