CFRP复杂几何结构区相控阵超声检测建模与声传播规律

为厘清碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)复杂几何构件相控阵超声检测中声传播规律,围绕CFRP材料R区开展了弹性特性表征、有限元建模、声场计算及实验验证工作。基于超声液浸背反射法和模拟退火算法求解了CFRP单向板刚度矩阵反问题,并借助Bond变换实现了R区弹性特性的定量描述。结合微观组织分析等获取材料、几何特征,建立了虑及曲面形状、叠层、弹性各向异性的R区相控阵超声检测有限元模型,计算了R区相控阵超声检测A、B扫描信号,发现存在结构噪声和缺陷伪像。在此基础上研究CFRP材料R区瞬态声场并与CFRP平板、弹性各向同性R区和0°单向板R区情况对比,阐明了结构噪声和缺陷伪像的形成机制:弹性各向异性叠层结构导致倾斜入射的超声波发生反射和折射,与沿肋板传播的快速波混叠在R区形成结构噪声,同时多向板R区两侧肋板反射导致缺陷伪像,即材料弹性各向异性与构件曲面叠层结构耦合共同影响缺陷的精准辨识。