基于声学参数的纤维复合材料机械强度无损检测技术研究

纤维复合材料在使用过程中可能会出现各种缺陷,如裂纹、分层、脱粘等。这些缺陷会导致材料的性能下降,甚至引发失效。为预测和评估纤维复合材料的长期使用性能,本文开展了基于声学参数的纤维复合材料机械强度无损检测技术研究,通过数值模拟和超声实验研究,建立了基于超声无损检测技术的纤维复合材料检测信息特征提取和性能评价方法,开发了纤维复合材料的超声检测装置。实验结果表明在玻璃纤维复合管刚度矩阵测量精度验证最大误差1.15%,在钢管上对检测装置验证得出杨氏模量精度最大误差9.3%,泊松比精度最大误差-8.27%。

超声检测在复合材料挖补修理结构缺陷检测中的应用

挖补修理是复合材料结构最常用的修理方法。伴随挖补修理技术的发展,修理后结构的强度评估与损伤检测等问题亟待解决。以挖补修理后的层压板结构为例,对其可能产生的缺陷类型进行归纳,对各种类型缺陷的超声特征信号进行分析总结,将超声特征信号和修理工艺特点互相比对验证,为此类结构缺陷超声检测完整判据的建立提供数据积累。

空气耦合超声检测复合材料研究综述

复合材料普遍具有高比强度、高比刚度、高模量、耐腐蚀等优异性能,广泛应用于飞机机翼、导弹外壳、航空发动机壳体等部位。制造和服役过程中各类缺陷影响复合材料的力学性能和服役性能,必须采用有效的方法准确检测和评估复合材料中各类缺陷。空气耦合式超声检测具有完全非接触、非侵入、无损伤和无需耦合剂的特点,能够很好地运用于复合材料的在线和在位检测。该文就近年来空气耦合超声检测技术的研究现状进行了系统综述,简明扼要地分析和介绍了当前空气耦合超声检测的研究热点及进展,重点介绍了1-3型压电复合材料换能器、信号处理技术、相控聚焦式空气耦合超声检测、超声在复合材料的传播特性及其与缺陷交互作用的研究现状,探讨了空气耦合超声无损检测技术与仪器的发展方向,总结了目前空气耦合超声检测的研究热点问题,最后展望了空气耦合超声检测的发展趋势和应用前景。

管道碳纤维复合材料修复层阵列超声检测方法提高检测精度

(目的意义)管道碳纤维复合材料修复作为一种新型修复技术,被广泛应用于管道油气储运等多个领域,然而由于复合材料修复层的高衰减性、各向异性和多层结构的影响,导致超声无损检测困难。(方法过程)为解决上述技术难题,引入一种基于声线示踪的阵列超声线性C扫描成像方法,通过准确计算阵列超声聚焦法则,实现了对碳纤维复合材料修复层内部缺陷的高分辨率、高精度成像。(结果现象)对典型缺陷试样开展检测实验,结果表明对于层间脱粘缺陷和界面脱粘缺陷均可有效检测,相比传统的均质化方法,缺陷漏检率降低25%,缺陷定量平均精度提高46.6%。(结论建议)说明阵列超声检测技术应用与管道复合材料修复层检测是完全可行的,为管道修复层的质量评估提供了一种有效的非破坏性检测手段。

超声波检测方法在内嵌合金短切纤维模压复合材料中应用

内嵌合金外压纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)工艺用于航空航天飞行载体翼型结构成型时,复合材料与合金脱粘缺陷及其内部分层缺陷严重影响飞行载体安全性能。本文通过对复合材料内嵌合金试验件在不同条件下超声C-scan检测和超声A-scan检测试验结果对比,确定了超声穿透式C-scan检测方法和缺陷类型辨识方法。试验结果表明,本文检测方法对4mm×4mm以上缺陷可以准确检测,对脱粘缺陷和分层缺陷可以准确辨识。

复合材料修理区域的超声检测

为了检验碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)修理质量并对修理区分层等缺陷进行检测,制作了3种不同工艺[高温固化预浸料(PL2+PA2)修理、中温固化预浸料(PL1+PA1)修理、湿铺层(WF1+WR1)修理]的模拟修理试件,然后采用超声检测法对修理区进行检测评估,分别采用直探头、水浸点聚焦探头和滚轮探头对CFRP层压板修理区进行A扫描、B扫描和C扫描成像检测,最后对复合材料板进行拉伸破坏试验。试验结果表明,超声检测可以用来检测复合材料修理区域的分层缺陷;使用湿铺层修理(WF1+WR1)工艺修理的区域在超声检测时的声能吸收最小,其声学性能和原材料性能更接近,有利于超声检测;使用中温固化预浸料修理(PL1+PA1)工艺并采用小的挖补斜率时,材料强度恢复得更好。

先进复合材料的无损检测

分析了碳纤维复合材料构件在成型和使用过程中易产生的缺陷及产生缺陷的原因,提出无损探伤技术对缺陷进行检测是复合材料构件质量保证的必要手段;对国内外适用于复合材料构件的几种探伤方法进行比较,认为超声波法是复合材料的一种检测缺陷的有效方法,对如何应用超声波法检测复合材料进行介绍。

脉冲压缩技术在超声换能器激励接收方法中的应用

在超声换能器激励和接收过程中应用脉冲压缩技术,可以有效提高系统信噪比和检测精度。简要介绍了脉冲压缩技术的原理,分析了脉冲压缩技术中关键参数对回波主瓣宽度、峰值和回波距离分辨能力的影响;对多种不同频带的超声换能器进行了验证性试验。理论分析和试验结果表明,宽带换能器有较好的脉冲压缩性能;在非金属复合材料超声检测中应用脉冲压缩技术可大幅提高信噪比和缺陷分辨能力。

超声波技术在大电机绝缘检测中的应用研究

用研制的检测系统 ,对大电机定子线棒进行了绝缘超声波参数测量和绝缘缺陷的检测试验。结果表明 ,使用 0 5MHz、 0 8MHz和 1 2MHz的超声换能器 ,此系统可以测量大电机定子绝缘的超声波参数 ,从而使超声波技术成为一种绝缘老化状态的诊断方法 ;0 8MHz的探头对定子线棒老化早期的绝缘缺陷能得到特征明显的超声A扫描波形 ,为对绝缘介电性能有直接破坏作用的绝缘断裂性裂纹的检测和识别提供了方法 ,对预防因绝缘裂纹导致绝缘击穿、发电机非计划停机具有重要意义。与国际上相同领域内超声波斜入射的透射波法比较 。

超声相控阵检测CFRP缺陷识别方法

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其特殊的性能广泛应用在不同领域,然而缺陷的存在严重影响材料的性能,造成重大的经济损失,甚至存在安全隐患,因此,碳纤维复合材料的无损检测与缺陷识别已成为该领域的研究热点之一.利用超声相控阵系统检测CFRP中3种常见缺陷——分层、夹杂和脱粘,得到原始A扫信号,运用小波包变换理论,提取样本特征值,建立并训练BP神经网络,对3种缺陷进行识别,识别率达到95.7%.结果表明:利用超声相控阵技术可以提高缺陷检测效率,对缺陷有良好的成像效果;小波包与BP神经网络的结合,对CFRP中的不同缺陷有较高的识别率.

碳纤维复合材料孔隙含量超声反射波频域建模测试研究

用超声反射法对碳纤维复合材料试块进行孔隙含量检测,探讨基于超声反射波频谱分析理论建模与实验标定的碳纤维复合材料孔隙率测试方法。对碳纤维复合材料超声反射波信号频域特征参数进行实验分析和讨论,利用信号的频域特征参数无损检测碳纤维复合材料微孔隙含量,实验结果表明,该方法是一种有效的技术途径。

碳纤维/树脂基复合材料薄板的超声波检测

针对碳纤维/树脂基复合材料层压板在航空航天运用中的实际特点,分析了碳纤维/树脂基复合材料层压板的缺陷特征,选择纵波垂直反射法作为检测手段,提出了调整探头晶片后面阻尼块的阻尼系数和在探头前面增加软性透射膜水囊结构等改进超声探头的方法,有效地提高探测信号可识别性和减小探测盲区,有利于用反射信号的相位特征及形状来对缺陷进行定性分析。试验表明,改进后的纵波垂直反射法方便实用,操作性强,能有效地对碳纤维/树脂基复合材料层压板进行缺陷检测。

环氧复合材料内部缺陷的超声频谱特性研究

研究了环氧复合绝缘材料内部缺陷的超声检测方法,设计了能够准确获取内部缺陷特征的超声自动检测系统。针对不同孔径气隙和不同取向裂纹两类典型的绝缘缺陷,研究了超声A型回波的时域和频谱特性,分析了影响频谱特性的主要因素,并提出了一种根据超声幅频曲线特征识别绝缘内部缺陷的方法。结果表明:通过分析超声回波的幅频特征能够正确识别出不同形态的气隙和裂纹缺陷。

大电机定子绝缘检测的超声波频率研究

自行研制了大电机定子绝缘超声波检测系统,它能同时显示被测试样的A扫描脉冲回波和C扫描平面图.用这套系统,该文用不同频率的超声波换能器对环氧云母玻璃丝带补强的复合绝缘层压板和大电机定子线棒试样进行了实验.结果表明,用0.5(1.2 MHz的超声换能器,检测系统能检测出真机线棒中绝缘-铜界面的反射回波,频率越低,回波越清晰;0.5 MHz的超声换能器检测到此种绝缘的分层等内部缺陷,为大电机主绝缘的老化状态诊断提供了新的研究方法.

机器人辅助激光超声检测系统及参量匹配方法

为解决飞行器复合材料构件的非接触、高精度无损检测问题,提出基于关节型机器人的激光超声检测系统及光声学参量匹配方法。采用有限元方法建立层状复合材料模型,计算分析材料层状各向异性导致激光超声的非对称分布、声束倾斜和畸变特征,结合实验分析得出利用激光超声表征分层的光声学参量匹配方法。在系统设计上,利用1 064 nm波长的Nd:YAG脉冲激光器激励超声波,利用基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号,激励和探测激光由光纤传导并投射至被检测工件表面,采用精密六轴关节型机器人作为C型扫描装置,建立系统的实验室原型,实现碳/环氧复合材料试样的C型扫描检测,得到试样中模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征,验证了检测系统及参量匹配方法的有效性。研究结果表明,研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳/环氧复合材料内部直径1 mm以上分层的检测与成像,在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。

非金属复合材料超声波衰减系数测定研究

通过对超声波声场和对影响非金属复合材料衰减系数因素的研究 ,结合超声信号数字化技术 ,实现了非金属复合材料衰减系数的测定 .所采用的方法简单、易于实现 。

超声红外热波检测多模式激励的数值仿真

针对超声红外热波检测中出现的驻波问题,提出了多模式激励方式消除驻波影响的方法.建立了含裂纹缺陷的复合材料构件有限元模型,并采用双源激励超声热波检测方法进行了检测仿真分析.结果表明:多模式激励方法能够使构件的响应波形中产生更为丰富的次谐波和高次谐波,可有效消除驻波的影响,提高超声热波技术的检测能力,并且可以避免对材料造成二次损伤.

超声电沉积锡基碳纳米管复合材料制备工艺研究

采用了超声电沉积工艺制备了锡基碳纳米管复合材料,作为锂离子电池负极,研究其电化学性能。采用了正交实验研究了电沉积操作条件对材料电化学性能的影响,并依据实验结果给出了初步的解释,同时总结出最佳电沉积操作条件,在此基础上,制备出了性能最优的锂离子电池锡基碳纳米管复合材料负极。

超声相控阵延迟时间的声速校正及在复合材料中的检测

针对复合材料各向异性会导致声速随声波传播方向变化的现象,提出一种沿声波传播方向对相控阵延迟时间进行声速校正的方法。采用时域有限差分数值仿真方法分析相控阵超声波束在复合材料中的传播特性,验证提出的声速校正方法。搭建相控阵超声检测系统,对碳纤维增强树脂基复合材料平板试样进行检测实验,结果可见声速校正后近表面区域信噪比和缺陷检出率明显提高。研究表明所提出的相控阵延迟时间声速校正方法可缓解相控阵超声波束扩散,提高各向异性材料检测能力。

复合材料喷水超声检测工艺

为研究航空复合材料喷水超声穿透法检测工艺,研制了专用的喷嘴和探头,建立了一套复合材料超声喷水检测试验系统。基于此系统,对喷水速度、喷水距离和喷水角度等参数对超声检测的影响规律进行了试验研究。研究结果表明,这些工艺参数对检测结果都有较大影响,提出了参数的合理选择范围。该研究对复合材料喷水超声自动检测系统的设计和检测工艺参数的优化具有重要的意义。