基于超声导波技术的双层粘接结构界面质量检测

针对粘接结构界面质量难以检测的问题,提出一种超声导波检测技术方法。基于弹簧模型和波动方程建立超声导波在双层粘接结构中传播的数学模型,获得不同粘接界面的频散方程,通过求解该方程获得不同粘接界面的频散特性。利用COMSOL软件模拟了声波在不同粘接界面的传播过程。仿真结果表明,在频率为1 MHz时刚性粘接条件下,数值求解的群速度为4.632 km/s,仿真平均群速度为4.505 km/s,误差为2.74%;在滑移粘接条件下,数值求解的群速度为4.855 km/s,仿真平均群速度为5.045 km/s,误差为3.91%;在完全脱粘条件下,双层粘接结构频散曲线为单层频散曲线的叠加。通过对双层介质超声导波实验检测结果的分析,发现实验结果与数值求解和有限元仿真结果吻合较好,验证了该理论模型的正确性。

厚胶层复合材料弱粘接结构的超声反射特性

开展了复合材料粘接结构粘接质量的非接触式超声反射特性的仿真与实验研究。首先,建立了水浸环境下纤维增强复合材料(FRP)单层板时域仿真模型,数值分析了不同入射角度下声反射系数频率谱的变化规律,并与已有理论方法进行了对比验证。基于此,建立了含厚胶层的复合材料粘接结构反射特性时域仿真模型,分析了粘接界面弱化程度对超声反射系数频谱特征点的影响规律。基于水浸超声反射特性测量系统,实验萃取了完好粘接状态的FRP粘接结构的超声反射系数频谱,与仿真结果吻合良好。随后,制备了具有不同粘接界面状态特征的FRP粘接结构试样,从实验角度揭示了单/双粘接界面弱化状态与超声反射特性间规律性的偏移特征。基于不同粘接状态与超声反射特性间的规律性分布特征,可为厚胶层复合材料粘接结构的粘接质量评估提供新的研究思路。

风电叶片粘接结构刚度退化模型

为了探究风电叶片粘接结构疲劳失效过程中的损伤演化规律,需要构建相应的理论模型来对该过程进行更为直观准确的表达,首先从宏观唯象的角度入手,基于风电叶片粘接结构中复合材料层合板以及粘接层在疲劳载荷作用下的刚度退化规律,分别建立层合板以及粘接层的刚度退化模型。然后根据风电叶片粘接结构的刚度退化规律,利用刚度分布系数将层合板与粘接层刚度退化模型相结合,建立粘接结构的刚度退化模型。案例分析表明,与现有粘接结构刚度退化模型相比,所建模型精度更高,能更加合理地描述粘接结构在疲劳失效过程中的损伤演化规律。

轨道车辆碳纤维复合材料粘接结构超声相控阵技术研究

以轨道车辆碳纤维夹芯复合材料粘接结构为研究对象,介绍泡沫夹芯和铝蜂窝夹芯结构特点,利用超声相控阵检测技术对碳纤维夹芯复合材料粘接质量进行无损检测研究。文章首先理论分析碳纤维泡沫夹芯结构和碳纤维铝蜂窝夹芯结构典型缺陷信号特征,然后使用便携式超声相控阵系统,设置不同参数对不同厚度、不同夹芯方式试件进行无损检测,最后结合A扫描图形分析、B扫描缺陷深度分析和C扫描缺陷平面分析确定缺陷的类型和尺寸信息,并与典型缺陷进行对比,验证各种缺陷的正确性。试验结果表明,超声相控阵检测系统可以有效结合多维多信息的可视化表征缺陷,扫查速度快且重复覆盖性好,超声相控阵可以准确、有效判别夹芯复合材料的面板缺陷、夹芯结构的粘接缺陷,适合轨道车辆领域复合材料检测。

轨道车辆粘接结构的强度仿真计算与分析

随着DIN 6701标准认证体系在轨道车辆行业的普及,越来越多的车辆部件采用粘接取代以往的铆接、焊接等工艺,关键结构的粘接接头在设计时具有足够的粘接强度对后续运营及修程制定至关重要,而以往的粘接强度计算大多根据标准或采用近似计算来评估,导致粘结强度的计算结果不够精准。文章以标准地铁项目的前窗粘接结构为例,对典型A1级粘接接头进行了有限元分析,通过施加与线路相近的边界载荷及进行多维度的粘接应力、应变评估,验证了粘接结构满足设计要求。文章提供了一种有效、可信的有限元分析方法,为后续施工及安全运营提供了技术保证,同时为行业内粘接强度计算提供了参考。

小曲率壳状粘接结构脱粘缺陷热波定量检测

采用热波无损检测方法,对某型导弹发动机壳状钢壳体/绝热层试件的脱粘缺陷进行实验研究。针对实验获取的热图存在"非均匀性、噪音大、缺陷显示对比度低"等问题,基于自适应滤波和分水岭方法对热图进行增强和分割处理,实现了缺陷位置、大小及深度的定量评估。结果表明:热波技术能快速地发现缺陷(几秒钟);对缺陷的定位比较准确,检测结果直观;特别适用于复杂壳状结构的检测,很容易检测出深度4mm、直径15mm的脱粘缺陷,能够满足固体火箭发动机壳体粘接结构的检测需求;并且脱粘面积越大越容易检测,对缺陷直径、深度等参数的估算误差也越小。

“钢-铅”粘接结构非接触激光超声检测方法

为了解决核工业领域防辐射用钢铅粘接结构的非接触、高精度无损检测问题,研究激光超声检测方法。建立了粘接结构模型,分析了激光超声的传播及脱粘导致的声波反射和衰减;实验测量了良好粘接与脱粘处的窄带激光超声信号,观测到脱粘导致的界面反射信号幅度变化;分析得出表征脱粘的激光超声反射系数与声波频率和测量位置的关系;通过激光超声C扫描方法实现模拟脱粘试样的检测与成像。研究表明:激光超声方法可以实现两层钢铅粘接结构脱粘的成像检测,在核工业防辐射结构检测中具有应用前景。

脱粘缺陷对粘接结构频散特性的影响

采用全局矩阵理论,通过引入内聚强度弱化模型和弹簧模型,计算了脱粘缺陷对粘接结构频散特性的影响。分析了内聚强度缺陷、界面缺陷及混合缺陷等因素对粘接结构频散特性的影响,发现频散曲线的演化规律与材料声学性质密切相关。不同材料和不同组合,其规律有很大不同。针对各向同性粘接结构,可能通过考察特定频率段内频散模态的变化,实现对脱粘缺陷的检测。

多层粘接结构中脱粘界面的人工神经网络余弦变换谱特征识别

针对钢－橡胶多层粘接结构中界面脱粘的超声检测难题，利用余弦变换（ＤＣＴ）提取的表征检测信号的模式特征矢量，通过人工神经网络模式识别方法对不同界面脱粘时实验检测信号的正确识别，实现了脱粘一、二、三和四界面的检测。本文脱粘界面信号模式的人工神经网络识别系统对现代工业中ＮＤＴ＆ＮＤＥ的自动化有着积极的意义。

火箭发动机多层粘接结构的双模式检测

针对机载固体火箭发动机多层粘接结构的粘接质量检测问题,利用聚焦探头双模式检测方法提高了检测信号能量,获得有效检测信号。通过一次螺旋C 扫描获得了双层包覆二界面粘接质量诊断图像,其脱粘检测分辨率小于等于Φ5mm。

“钢-铅”粘接结构非接触无损检测技术的研究

针对4层"钢-铅-钢-铅"的粘接结构,分别采用红外热像法、激光超声成像法和中子照相法等进行非接触检测,并对其优势和劣势进行了分析。研究结果表明:红外热像法能实现"钢-铅"粘接结构的非接触检测,但检测时加载的强烈热信号降低了缺陷信号的信噪比,使图像清晰度及大小的准确定量受到影响,需改进电磁热激励线圈的设计,并采用仿真建模分析解决上述问题;激光超声成像法能有效检测出2层粘接结构中准2以上的脱粘缺陷,但对于多层粘接结构需通过更加复杂有效的缺陷特征信号分析和提取方法等达到目的;中子照相法在检测"钢-铅"结构中的EP(环氧树脂)胶粘剂分布方面具有特殊优势,能检测出4层"钢-铅"粘接结构中准1的脱粘缺陷,是一种较理想的检测方法。

薄板粘接结构界面力学模型和数值模拟

在各种界面力学模型基础上,研究了张力-位移界面本构关系的粘接界面力学模型,应用有限单元方法对粘接结构进行了计算,分别模拟了剥离和剪切的界面开裂过程,描述粘接界面从起始剥离到完全开裂过程的力学性能,得到两种情况下的粘接界面开裂的强度曲线。

层状粘接结构超声检测信号的同态解卷积脱粘界面定征

本文利用建立的多层粘接结构超声无损检测信号的卷积模型，推导出了检测信号的解析表达式，并用同态滤波解卷积方法有效地提取出粘接结构的系统响应，进而由其中界面多次反射响应的位置、幅度和包络等特征参数，实现了脱粘二界面（指空气脱粘）的定征和识别．仿真和实验数据的处理结果表明本文方法对脱粘检测的应用有积极的意义。

基于ABAQUS模拟气泡缺陷对粘接结构强度影响的研究

采用ABAQUS材料子程序和基于的接触粘接界面建立3种粘接结构模型,研究了粘接层内的不同气泡缺陷形式(气泡大小、位置及数量)对不同粘接结构强度的影响。研究结果表明:对接结构及搭接结构的拉力峰值与气泡尺寸成反比,气泡位置对粘接结构强度影响较小;气泡总面积一定时,气泡数量对对接结构强度影响有限,但搭接结构强度随气泡数量的增加而增强;气泡的存在导致双臂梁结构拉力-位移曲线波动,波动次数与气泡数量一致,并与气泡的位置相对应,而且波动随失效扩展的继续而减弱。

SH_0导波在粘接结构中传播时的相位变化

对粘接结构进行超声导波无损检测与评估是一个有挑战性的前沿性课题.针对此问题,研究了SH_0导波在界面为理想连接的三层板状粘接结构中传播时的相位变化情况.首先基于波传播的控制方程,建立了粘接结构中反射和透射SH_0导波相对于入射SH_0导波的相位差解析模型.然后利用数值模拟计算了铝/环氧树脂/铝粘接结构中反射和透射SH_0导波的相位差曲线.最后分析了入射角度和频厚积的变化对反射和透射SH_0导波相位差的影响.结果表明,对于具体的粘接结构,反射和透射SH_0导波在其中传播时的相位差变化主要依赖于入射角度、频率等参数.在特定的频厚积下,当声波水平入射时,反射和入射SH_0导波同相位.无论入射角度为多大,随着频厚积的增大,反射SH_0导波的相位差曲线均会产生周期性谐振.对于透射SH_0导波,当声波垂直入射时,其相位差曲线的改变无规律可循;但是随着入射角度逐渐增大,透射SH_0导波的相位差曲线逐渐变规则.所得结果可为实验时研究板状粘接结构中SH_0导波的传播特性以及提取SH_0导波回波中的有用信息和定位提供一定的理论指导.

金属壳体粘接结构件的超声检测

为了实现钢铅金属两层壳体粘接结构的脱粘缺陷检测,研究了超声纵波多次反射法和超声透射法。分析了两种检测方法的优缺点,采用两种方法对钢铅两层粘接试样进行了检测试验,并对试样进行了解剖对比。检测结果表明,两种方法都能检测出钢铅金属两层粘接结构中的脱粘缺陷。

板状粘接结构中对称和反对称纵波与界面的相互作用

为了激发粘接结构中的导波或界面波,通常需要将声波从两半无限介质同相位或反相位地同时入射多层系统。针对此问题,基于矩阵方法,推导了界面处于理想连接的情况下,对称或反对称纵波从上下半无限空间入射时,三层板状粘接结构中纵、横波的反射与透射系数表达式。分析了入射角度、粘接层厚度以及基体材料等对声波反射(或透射)特性的影响。结果表明,对称或反对称纵波垂直入射时不发生波型转换。粘接结构中声波的反射(或透射)特性与入射角度、频率以及粘接层厚度等参数密切相关。在相同的粘接层厚度(或频率)范围内,随着声波频率(或粘接层厚度)的增加,谐振频率曲线向低频漂移。该方法可作为粘接结构中体波或导波传播特性研究的重要理论基础。

粘接结构件粘接质量无损检测与信号处理技术研究

全面分析粘接质量检测上最广泛使用的几种超声检测方法(脉冲回波法、声振法、斜入射法、声-超声法及非线性超声)和几种信号处理方法(人工神经网络、小波变换及解卷积技术)的应用特点及适用性;每种超声检测方法和信号处理方法有不同特点,可根据需求采用相应超声检测方法和信号处理方法,最终实现粘接构件的粘接缺陷的准确识别。

对接粘接结构的扭转疲劳损伤行为研究

通过圆柱对接试件的扭转疲劳实验,分析了平均剪应力、剪应力幅值和循环周期3个因素对粘接结构的应变变程、应变率和疲劳寿命的影响.结果表明:平均剪应力对粘接结构的循环加载应力-应变响应影响很大.在平均剪应力非零的情况下,有棘轮应变出现,并且棘轮应变随着平均剪应力的增加而增加,棘轮应变率也随之增加;在改变剪应力幅值,而平均剪应力为零的情况下,虽然粘接试件没有出现棘轮效应,但由于循环蠕变和循环软化的原因,循环加载的应力-应变的曲线斜率随着剪应力幅值的增加出现下降的趋势,剪应力幅值增加,应变变程也随之增加,同时剪应力幅值越高应变稳定期越短;在改变循环周期情况下,应变变程影响不大,只是随着循环周期的缩短,后期的循环软化略有增加;在疲劳寿命影响方面,随着平均剪应力和剪应力幅值的增加,疲劳寿命都明显下降,但循环周期对粘接试件的扭转疲劳寿命的影响不大.

一种钢-铅-环氧树脂粘接结构的优化研究

针对一种钢-铅-环氧树脂粘接结构,通过有限元分析软件ANSYS Workbench进行胶层应力分析,并与相应的胶种强度测定数据进行对比,得出该种粘接结构可靠性差。最后采用J-200-1D胶和金属镶嵌块连接两种不同方式对粘接结构进行优化,提高了该种粘接结构的可靠性。