基于超声能量特征的复合结构材料脱粘检测方法

针对受限于复合结构的厚度、层数、材料种类等因素导致超声回波信号混叠,难以实现界面脱粘检测的问题,提出一种直接利用超声纵波反射混叠信号的能量特征进行复合结构脱粘缺陷检测的方法。首先建立单层与多层复合结构的超声信号反射与透射特性模型;然后提取并分析不同界面粘接状态下结构的超声回波能量特征,并基于该模型进行钢-橡胶-橡胶复合结构的脱粘检测仿真,通过引入能量差异值进行脱粘界面识别;最后,利用超声波探伤设备对钢-橡胶-橡胶复合结构试样进行实际脱粘缺陷检测。理论分析和实验验证均表明,该方法可以实现多层复合结构脱粘缺陷的有效检测。

铝面板泡沫夹芯结构材料脱粘缺陷的超声脉冲多次反射法检测

针对铝面板泡沫夹芯结构材料脱粘缺陷的检测问题,开展了超声脉冲多次反射法检测技术研究。分析了超声脉冲多次反射法的检测原理,制作了人工模拟缺陷试样,进行了自动检测C扫描成像,通过灰度点数量统计方法分析和优化了缺陷识别的结果。研究结果表明,超声脉冲多次反射法能有效检出铝面板泡沫夹芯结构材料中的脱粘缺陷,为材料研制和质量评估提供依据。

铝管与泡沫层胶接结构脱黏缺陷的空气耦合超声检测

针对铝管与泡沫隔热层胶接结构脱黏缺陷的检测问题,开展了检测技术研究和脱黏缺陷类型分析。根据胶接结构的特点,制作了人工缺陷试样,使用空气耦合超声穿透法进行C扫描成像检测,并对扫描发现的异常区域进行微焦点CT检测分析,归纳了脱黏缺陷的类型及其成因。试验结果表明,空气耦合超声穿透法能有效检出材料中的脱黏缺陷,脱黏缺陷的成因包括型面不贴合引起胶层未填满和胶层内空气未完全排出产生了间隙层。

衬胶管道脱粘缺陷超声检测与识别方法研究

针对目前对在役衬胶管道脱粘缺陷缺乏有效检测手段,且检测效率和准确率较低的问题,基于超声脉冲回波法的基本原理,设计了适用于圆柱形衬胶管道超声检测的扫查和探头夹持装置,建立了相应的超声检测试验系统。分析了实际应用中多种干扰因素对超声回波信号的影响,构建了基于一维CNN的超声回波信号二分类模型。通过试验和与传统超声检测缺陷识别方法进行对比,结果表明利用所建立的超声检测系统及一维CNN模型能够在多种干扰因素存在的情况下实现对脱粘缺陷较精确的识别,识别准确率达到96.22%,为在役衬胶管道脱粘缺陷的自动化检测和识别提供了一种有效的方法和手段。

钢制金属I型夹芯板界面疲劳脱粘特性分析

[目的]针对金属I型夹芯板界面的脱粘失效破坏,开展金属夹芯板界面疲劳脱粘特性分析。[方法]基于内聚力模型理论,考虑时间历程、三维结构节点多自由度的损伤演化方程与收敛判定准则,开发适用于三维复杂结构的界面疲劳脱粘模拟程序;与焊接接头脱粘实验结果进行对比,验证所开发程序的准确性,并进一步对钢制金属I型夹芯板的界面疲劳脱粘行为进行数值模拟。[结果]结果显示,所开发的三维界面疲劳脱粘数值模拟程序与焊接接头脱粘实验间最大的模拟误差仅为14.05%;I型夹芯板承受面外载荷时,夹芯板界面处的脱粘破坏主要表现为沿焊缝方向的表面裂纹扩展,当裂纹扩展至夹芯板长度的70%左右时,裂纹开始贯穿腹板形成贯穿裂纹。[结论]所开发的三维复杂结构界面疲劳脱粘程序可以实现对金属夹芯板界面疲劳脱粘寿命的有效评估,对实际工程应用具有一定的指导意义。

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。

太阳电池阵基板锁相红外检测中的缺陷特征分析

针对太阳电池阵基板在制造过程中产生的脱黏缺陷产生的质量问题,开展锁相红外热成像检测研究。通过设计与电池阵基板脱黏类型一致的对比试块,分析含胶均匀性、碳纤维网格致密性对检测图像的影响,获取真实脱黏缺陷特征信息及参数,实现自动筛选缺陷。测试结果表明,锁相红外热成像能够有效检出太阳电池基板脱黏缺陷,可以有效提高产品检测效率,减少检测人员的工作强度。

基于激光剪切散斑干涉的包覆药柱界面缺陷类型分辨

为了分辨出固体推进剂包覆界面中脱粘缺陷和非脱粘缺陷(气泡、夹杂等),利用激光剪切散斑干涉技术和有限元数值模拟手段,对包覆层中预设有脱粘缺陷、气泡缺陷和夹杂缺陷的平板试件进行了实验研究、数值计算,并对比分析了三种类型缺陷在真空负压加载及热加载条件下变形机理。实验结果表明,相同加载条件下,脱粘缺陷对应的离面变形远大于气泡缺陷和夹杂缺陷。数值分析显示负压加载条件下,相同尺寸的脱粘缺陷的离面位移是夹杂缺陷离面位移的2~10倍,比气泡缺陷的离面位移大1~2个数量级。另外,数值计算热加载激励条件下,三种类型缺陷的离面位移差异也较大。相同尺寸下,脱粘缺陷离面位移明显大于气泡缺陷和夹杂型缺陷,且缺陷尺寸越大,变形差距越明显。研究结果可为固体推进剂包覆层粘接缺陷检测、脱粘型与非脱粘型缺陷分辨提供技术支撑。

基于反卷积神经网络的超声导波层合板脱粘缺陷超分辨成像

针对传统超声导波成像检测方法难以精确表征结构损伤细节特征的问题,文中提出了基于深度学习的反卷积神经网络模型,对层合板中亚波长脱粘缺陷的超分辨成像问题进行研究,以获得损伤的细节特征。通过有限元仿真与全聚焦成像算法获取初始成像结果,再使用数据增强方法扩充数据库,最后对标注好的12550张损伤图像进行训练和测试。研究结果表明,与原始全聚焦成像算法相比,反卷积神经网络模型下损伤的成像位置准确度提高了5%,成像精度高于91%,定位误差低于1.8 mm,说明文中所提方法能够明显提高网络成像结果分辨率并较好地显现亚波长损伤的细节特征。上述结果表明文中所提方法具有较高的检测效率,且无需人工经验,在工程实践中具有良好的应用价值。

CFRP层压板脱黏缺陷红外脉冲热波层析成像检测

为实现基于红外脉冲热波成像检测碳纤维增强塑料(CFRP)层压板脱黏缺陷的三维层析成像,完善外场定量检测保障体系,提高层压板在服役过程中的安全性和可靠性,开展了红外脉冲热波层析成像方法与检测技术研究。制备了一种人工脱粘缺陷试样,采用红外脉冲热波层析成像检测技术对脱粘缺陷进行检测,分析了脱粘区和非脱粘区的表面热信号瞬态响应过程及红外脉冲热波层析成像对脱粘缺陷的检测能力。通过脱粘区与非脱粘区基于对数多项式拟合的重构热信号差,计算得到热信号极值时间图像,分析了脱粘区极值时间变化规律及缺陷状态;采用核函数模糊C均值聚类对相同缺陷深度对应的极值时间数组进行二分类,由此计算数组平均值作为缺陷对应极值时间;将该时间与脱粘区极值时间数组建立统计关系来构造断层图像序列,并计算其对应的缺陷深度;在此基础上,利用等值面绘制方法实现层压板脱粘缺陷三维可视化。研究表明,红外脉冲热波层析成像能够定量检测CFRP层压板脱粘缺陷,准确可靠显示层压板内部缺陷的分布和形貌,检测缺陷深度与实际缺陷深度的最大相对偏差低于15%,对工程应用具有一定指导意义。

黏接界面脱黏损伤的缺陷局部内共振识别方法

黏接结构的界面脱黏将导致结构完整性的破坏,对界面黏接状态进行有效的检测和评估具有重要意义。提出一种基于缺陷局部内共振的界面脱黏损伤识别方法,通过建立黏接界面局部缺陷的双自由度非线性模型,利用多尺度方法分析了界面脱黏缺陷局部内共振产生机理,确定内共振损伤识别方法需要特定的激励条件;以铝梁黏接结构为试验对象,基于表面粘贴的压电作动/传感晶片,产生不同频率和幅值的激励信号,对传感晶片响应信号进行频谱分析,通过缺陷局部2∶1内共振出现特有的饱和现象对黏接界面脱黏损伤进行有效识别。仿真与试验结果表明,内共振饱和现象需要特定的激励条件,能够有效放大结构局部缺陷的非线性信号特征,提高了噪声干扰下的黏接结构界面脱黏非线性损伤的检测能力。

红外热波方法检测壳状结构脱粘缺陷

根据某型固体火箭发动机钢壳体/橡胶绝热层的实际结构特点,制作了含6个脱粘缺陷的壳状实验样本,基于脉冲式红外热波方法进行了检测研究。针对实验获取的红外热图存在"非均匀受热、表面反射、噪音大、对比度低"等问题,采用去除背景和高频强调滤波等方法对原始热图进行非均匀性校正和图像增强处理,基于数学形态学的分水岭方法实现了缺陷位置和大小的识别。结果表明:红外热波技术能够有效检测壳状结构的缺陷,非常适用于实际火箭发动机壳体/绝热层结构的检测;其检测效率较高、检测结果直观、对缺陷的定位准确;缺陷直径16 mm时,钢壳体的检测深度达到4 mm,基本能够满足固体火箭发动机的工程检测需求。

复合材料脱粘缺陷的红外热像无损检测

以固体火箭发动机中的玻璃纤维复合材料壳体/绝热层试件的脱粘缺陷为研究对象,利用脉冲闪光灯热激励方式对试件进行加热,用红外热像仪实时监测试件的表面温度场,由表面温度差异来判定试件内部缺陷,然后通过对热像图进行图像增强处理和分割以定量识别缺陷。将实验结果与超声C扫描检测结果进行的对比分析表明:红外热像无损检测方法能够快速直观地发现深度5mm以内、直径10mm以上的脱粘缺陷,而超声C扫描检测更适合于对特定缺陷进行准确定量检测。

基于动态响应参数的点阵桁架夹芯板脱焊损伤检测数值方法研究

点阵桁架夹芯板作为一种特殊的超轻多孔材料,具有广阔应用前景。针对其加工和服役过程中经常发生的脱焊损伤,本文提出一种基于结构振动特性进行金字塔型点阵桁架夹芯板无损评价的方法。首先,基于有限元理论对夹芯板在不同损伤状态(损伤个数、位置)下的振动特性进行数值模拟;然后基于计算所得振动特性参数,运用切比雪夫多项式逼近法计算相应均布载荷曲面的曲率,进而通过此参数与原始未损伤模型参数作差进行损伤识别;最后运用曲面拟合算法解决该检测方法对原始未损伤模型参数的依赖性问题。数值计算结果表明:四周简支金字塔型点阵桁架夹芯板中存在损伤时,损伤前后结构损伤位置处的均布载荷曲面的曲率差值比较明显,基于此差分方法可精确识别各种损伤状况下夹芯板脱焊损伤的位置和数量;利用曲面拟合算法可以消除损伤结构参数中因损伤造成的尖点,从而不需以原始未损伤模型参数为依据即可精确识别损伤。

基于无人机热成像的建筑饰面层脱粘缺陷识别

建筑外墙饰面层脱粘剥落广泛存在,对居民生命财产安全带来巨大威胁。本文以旋翼无人飞机为工作平台,搭载红外热成像相机对建筑外墙饰面层脱粘缺陷进行成像检测,获得脱粘缺陷热成像温度场分布规律;通过饰面层脱粘缺陷温度场、形状特征分析,提出基于热源聚类的脱粘缺陷红外图像分割方法,构建饰面层脱粘缺陷形状特征向量集,建立基于支持向量机的无人飞机热成像饰面层脱粘缺陷识别特征学习模型、脱粘缺陷实际面积计算方法;以曾出现数次饰面层剥落的教学楼为研究对象,对实际建筑进行无人机机载红外视频成像检测,识别脱粘缺陷面积,并与人工检测进行比较,表明基于先验特征规律提出的脱粘缺陷识别小样本机器学习算法具有优越性,机载热成像识别饰面层脱粘缺陷满足工程精度要求,能有效减少事故发生,具有可行性和广泛应用前景。

基于外贴压电材料的钢管混凝土界面缺陷检测

钢管混凝土构件在超高层建筑和超大跨桥梁中的应用日益广泛,其钢管对核心混凝土的有效约束是发挥其力学性能优势的关键,钢管内壁与核心混凝土的界面剥离将削弱约束效应进而对构件的承载力和延性等力学性能带来负面影响。该文利用力锤激励钢管外壁,利用外贴于钢管外壁的压电陶瓷片作为传感器,通过对压电陶瓷监测波动信号在合适频段上的频响函数的分析,实现钢管混凝土构件界面剥离损伤监测。结果表明,提出的压电监测技术有效地识别了钢管混凝土构件的人工模拟和实际界面剥离缺陷,损伤指标对界面剥离缺陷敏感。

复合材料蜂窝夹层结构的局部脱粘缺陷修补评价

对于复合材料蜂窝夹层结构中出现的局部脱粘缺陷(Z≤100mm),提出局部注射修补的方法,依托ANSYS商业有限元软件建立有限元模型,并结合试验考察局部注射修补方法对局部脱粘缺陷的修补效果。结果表明,对于局部脱粘缺陷,局部注射修补后压缩强度能达到原有的80%左右,建立的有限元模型能够较为准确地预测蜂窝夹层试样的压缩强度和破坏模式。

复合绝缘子脱粘缺陷的超声导波检测

为了实现复合绝缘子脱粘缺陷的快速无损检测,提出了利用超声导波衰减系数分段检测复合绝缘子的方法。根据超声导波的传播理论,建立了双层复合绝缘子的简化模型,据此绘制出导波在复合绝缘子中纵向和扭转模态的频散曲线。依托理论分析,进行了复合绝缘子脱粘检测的实验,实验结果表明:由于导波在硅橡胶中传播时衰减过大,对于电压等级高、长度较长的复合绝缘子,只能进行分段检测;当检测范围内有脱粘时,导波在复合绝缘子中传播时的衰减系数会减小,并且脱粘大小会影响衰减系数,因此可以通过检测导波传播的衰减系数,来判断是否有脱粘缺陷并判断缺陷大小;L模态导波的衰减系数可以判断检测区域内是否有脱粘缺陷以及周向脱粘大小,但无法估计轴向脱粘大小,T模态导波可以用来判断是否有轴向和周向脱粘缺陷并估计其缺陷的大小。

基于压电阻抗的钢管砼柱横隔板剥离缺陷检测

该文提出了一种基于压电阻抗测量的大型不规则多腔钢管混凝土柱中横隔板下与核心混凝土的界面剥离缺陷检测方法。在横隔板上、下表面粘贴压电陶瓷片并在横隔板以下混凝土中嵌入压电功能元,对压电材料的机电耦合阻抗进行测量,结果表明,界面剥离缺陷区域的压电陶瓷片和嵌入式压电功能元的阻抗测量结果出现明显变化。通过机电耦合阻抗测量可实现大型不规则钢管混凝土柱横隔板下表面与混凝土的界面粘结缺陷的有效检测。

基于功率谱形心SWF的SRM复合材料壳体脱粘缺陷识别方法

针对SRM复合材料粘接结构间隙型脱粘和紧贴型脱粘的识别问题,运用声-超声的方法进行检测,在综合分析不同脱粘类型时域和频域波形的基础上,提出采用功率谱形心SWF表征脱粘类型。实验结果表明,功率谱形心SWF能有效地对两种脱粘类型进行识别。