复合材料层压板分层缺陷相控阵超声检测参数优化方法EI北大核心CSCD

针对复合材料层压板分层缺陷的准确识别问题,通过仿真与实验提出相控阵超声检测激活孔径优化方法,研究并分析不同聚焦深度下激活孔径对声场特性和检测效果的影响。首先,针对相控阵超声接触式检测方法,推导出固固界面下的多点源三维声场模型;然后,对相控阵超声声场进行仿真,研究不同激活孔径下的声场特性;最后,采用热压工艺制备含分层缺陷的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层压板,并搭建相控阵超声检测系统对其进行检测。实验结果表明,通过对相控阵超声激活孔径进行优化选择,能够实现CFRP层压板分层缺陷的准确识别,有效提高缺陷检测精度。     

低频相控阵超声检测用于船用复合材料缺陷定量分析研究

研究了低频相控阵超声检测技术用于船用复合材料缺陷定量分析的问题。首先针对典型船用复合材料的相控阵聚焦声场进行分析,包括典型材料声速对小缺陷检出能力的影响、不同频率和合成孔径对近场长度的影响以及不同聚焦深度的声场仿真,提出不同厚度典型船用复合材料的相控阵超声频率和合成孔径推荐原则。为了验证该原则的准确性,通过实测不同深度的Φ3 mm的小缺陷,运用TCG校准的方式对TCG曲线的线性和小缺陷的检测效果进行验证。实现了对典型船用复合材料近表面和内部缺陷的定量分析,达到了较好的检测效果。     

混凝土分层缺陷的超声检测方法研究

为解决混凝土结构中分层缺陷的在线非接触检测难题,论文提出了利用空气耦合(简称:空耦)超声导波定量检测混凝土结构中分层缺陷的新方法。首先研究了空耦超声导波在混凝土结构中的传播特性,理论分析和实验表明,利用空耦超声波以入射角8.7°入射厚度为50 mm的混凝土板时,可以激发以A0模态为主的导波。然后构建了空耦超声导波扫查实验系统,在混凝土结构单侧利用一对倾斜8.7°的空耦探头激励和接收导波信号,通过分析发现A0模态对分层缺陷敏感,且其幅度与扫查路径中的分层缺陷尺寸存在单调变化关系;在此基础上,对检测区域进行扫查,利用不同位置处的导波信号幅度实现分层缺陷的二维成像。实验结果表明,该方法不仅可以避免耦合剂对检测结果的影响,同时可实现对服役状态下混凝土结构中分层位置及尺寸的定量检测。     

微波透射式振法对复合材料缺陷的检测

本文论据复合材料局部缺陷对电磁波的散射特性,介绍了复合材料内部缺陷的透射式偏振检测法的基本原理,系统设计思想及电路主要部件性能分析并给出了该检测系统对陶瓷材料,碳复合材料内部缺陷的检测结果。     

纤维增强复合材料制孔分层缺陷检测与评价技术研究进展

纤维增强复合材料的制孔工序是实现复合材料结构件连接的重要环节,复合材料的各向异性和层间强度低极易导致分层缺陷,而制孔质量直接影响复合材料零部件物理性能的发挥和安全服役中的可靠性。因此,必须对复合材料制孔的分层缺陷进行检测并加以评价,用以优化刀具设计和加工工艺参数。该文在简要阐述制孔分层缺陷产生机理的基础上,首先,重点分析渗透液、光学、渗透X射线、常规超声C扫描、工业CT和超声显微镜6种分层缺陷检测方法的基本原理、特点及研究进展;然后,分类总结制孔分层缺陷的7种定量评价因子;最后,讨论复合材料制孔缺陷在线监测与评价的可行性和所面临的技术挑战。     

管壁缺陷的电磁超声检测技术实验研究

设计了一种基于电磁超声技术的管壁缺陷检测实验系统。系统激励并接收电磁超声信号,通过分析信号幅值的衰减实现管壁缺陷的检测及定位。介绍了系统的工作原理,收发分开的电磁超声换能器设计方法,硬件电路构成,软件设计方法及实验结果分析。该系统具有无需耦合,对试件表面质量要求不高等优点。     

红外热图像技术在复合材料表面缺陷检测中的理论分析

介绍了脉冲加热红外无损检测的基本原理,利用有限元的方法建立了数学模型,并且给出了Matlab仿真结果,在原理分析和仿真结果的基础上,通过实验证明了在缺陷检测和选择最优热检测参数方面建立有限元热传导模型是有效和通用的工具。     

相控阵超声绝对声时法测量底面开口裂纹

针对工件内表面开口裂纹单面单侧定量检测困难的问题,采用相控阵超声绝对声时法(Absolute Arrival Time Technique,AATT)从单面单侧对不同厚度试块中的底面人工开口裂纹自身高度测量进行了数值仿真和实验,并对焊缝中的自然裂纹进行了AATT测量。对比AATT测量结果与常规衍射时差法超声检测(Time of Flight Diffraction,TOFD)测量结果并分析,发现AATT从单面单侧对底面开口裂纹进行定量测量可以达到与常规TOFD同样的测量精度。AATT操作简便,可单面单侧定量测量2 mm以上底面开口裂纹的自身高度。     

Delamination growth in composite laminates of variable stiffness

The production of new composite laminates with variable stiffness within the surface of plies was enabled by tow‐placement machines. Because of the variation of stiffness, these materials are called variable stiffness composite laminates (VSCL). Recently, many attempts were made to investigate their structural behaviour. In this contribution, a first‐order shear deformation theory is selected to model the multilayered composite laminates. The adopted theory is enhanced by the extended finite element method (XFEM) to describe discontinuities at element level of any interface of interest. To predict the location of the delamination onset, a traction–separation law is developed that is consistent with the XFEM topology. An exponential softening behaviour is implemented within the interface to model the delamination growth in a mixed‐mode direction. In order to solve the non‐linear equations of the delamination propagation, an arc‐length method is applied. The effect of the curvilinear fibre orientation on the location of the delamination onset is investigated. Subsequently, the structural response of the laminates is computed. According to the simplicity of the new approach using the XFEM; and based on the computational cost for calculating the stiffness of VSCL, the method is able to determine structural response of VSCL with less computational effort. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

复合材料I形梁分层的光纤超声探测技术数值研究

针对纤维增强塑料多界面、高阻尼以及体波模式多样性对超声无损检测的影响, 介绍了一种利用光纤超声探测技术结合小波信号分析检测I 形纤维增强塑料梁中分层的方法。该方法利用超声发射器在梁中产生超声应力波, 用表面粘贴的光纤干涉仪来探测梁中应力波的传播情况, 然后利用小波的多分辨率特性对此信号进行时频分析, 结合梁中超声波的传播特性即可确定分层的位置。理论分析和模拟结果都表明了此方法探测复合材料梁腹板/翼缘连接处分层的可行性。      

含矩形边缘分层缺陷层合板的压缩性能

对含矩形边缘分层缺陷层合板的压缩性能进行试验研究和理论分析, 考察了层合板厚度(含铺层形式)、 分层位置、 形状、 面积以及环境等因素对压缩强度的影响, 并采用分层扩展以及软化夹杂两种模型对含分层层合板的压缩强度进行了计算和破坏机理分析。结果表明: 厚板对边缘分层缺陷不敏感, 中等厚度和薄层合板比较敏感; 缺陷的位置和形状对层合板压缩强度有一定的影响; 湿热环境改变了含缺陷板的压缩破坏机理, 并对中等厚度板和薄板的压缩强度有明显的影响。两种模型中软化夹杂模型效果较好, 可用于工程设计计算。      

复合材料变厚层板热压成型缺陷类型与成因实验研究

采用热压机工艺与热压罐工艺两种成型方法制备了玻璃纤维/环氧 648 变厚度层板 , 研究了两种工艺下缺陷的形成机制及铺层方式和变厚梯度对缺陷程度和分布的影响。结果表明 : 纤维分布不均、 富树脂、 分层是主要缺陷类型 , 其中纤维分布不均由树脂二维流动引起 , 并与纤维不连续区、 纤维层渗透特性以及外压的均匀性有关; 富树脂主要是纤维的不连续性造成的 ; 而分层缺陷与纤维分布和热膨胀各向异性紧密相关。研究结果对变厚度复合材料层板的缺陷消除和成型质量控制有重要的指导意义。      

铝合金搅拌摩擦焊超声检测研究进展EI北大核心CSCD

铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)焊接参数选择不当将会产生隧道孔、未焊透(lack of penetration, LOP)和吻接等取向复杂、细微紧贴的缺陷。首先,本文简述了FSW焊缝与典型缺陷特征,总结了超声检测时面临纵向分辨力低、缺陷表征不完整、材料与缺陷声阻抗接近和灵敏度不足等难点。随后,从常规超声、超声衍射时差法(time-of-flight diffraction, TOFD)、相控阵超声检测技术和其他超声检测技术等方面综述了现有的铝合金FSW超声检测研究工作。最后,结合超声信号处理方法和机器学习方法对研究前景进行展望:可以通过分析和提取信号特征,进一步提升超声检测分辨力和信噪比,并实现取向复杂缺陷和细微紧贴缺陷的精准辨识与定量。     

Young’s modulus of cast HMS 2112-C f composite—prediction and ultrasonic evaluation

Various models for the prediction of strengthening mechanism of metal matrix composites (MMCs) containing either fibres or particulates are analysed. Assuming that the matrix strengthening by dislocations could be treated as equivalent to the effect of different volume fraction of dispersoids, as well as by considering the effect of morphology of reinforcement on the Young’s modulus, an expression for Young’s modulus for MMCs has been derived. The Young’s modulus values thus predicted, using this model, have been validated by ultrasonically-derived values of Young’s modulus of an Al-alloy matrix composite containing 5, 8 and 12 wt% chopped carbon fibre (C _f) dispersoids, in as cast and extruded conditions. Further, the theoretically- and ultrasonically-derived Young’s modulus of cast Al-alloy-C _f composites with 5 and 8 wt%C _f have been found to be comparable with the reported values of Young’s modulus for these weight fractions.     

超声相控阵全聚焦无损检测技术概述

超声相控阵全聚焦成像技术基于接收信号后处理的思想,对检测回波数据进行离线分析成像,是超声检测领域里的一项新技术。因其成像分辨率高、覆盖面广、对小缺陷灵敏度高等优势,在航空航天、高铁、石油管道、核电站等工业领域已有初步应用。文章介绍了全聚焦成像技术的检测原理及优缺点,介绍了其国内外发展历程,总结了研究热点及发展趋势。     

Feasibility on fiber orientation detection of unidirectional CFRP composite laminates using one-sided pitch–catch ultrasonic technique

It is important to assess fiber orientation, material properties and part defect because strength and stiffness of composites depend on fiber orientation of CFRP (carbon fiber reinforced plastics). A one-sided pitch–catch setup was used in the detection and evaluation of ultrasonic wave behavior and fiber orientation in the unidirectional CFRP composite laminates. Two Rayleigh wave transducers were joined head-to-head and used in the pitch–catch mode on the surface of the composites. The pitch–catch signal was found to be more sensitive than normal incidence backwall echo of longitudinal wave to subtle flaw conditions in the composite. Especially, one-sided ultrasonic measurement was made with using a Rayleigh wave transducers and the Rayleigh ultrasonic waves were extensively characterized in the CFRP composite laminates. Also, a conventional scanner was used in an immersion tank for extracting fiber orientation information in the unidirectional laminate. Therefore, it is thought that the proposed method is useful to evaluate integrity of CFRP laminates.     

超声相控阵回波信号相位偏差的研究

在相控阵超声检测技术中,系统检测分辨率是系统性能的重要指标。影响该指标的因素是相控精度,即超声发射相控偏转聚焦与接收相控偏转聚焦的精度。但是在声束相控发射与接收的过程当中,检测材料以及检测系统等方面存在的扰动因素引起了超声检测信号的相位偏差。通过对造成检测信号产生相位偏差原因的具体分析,给出了偏差信号的模型,同时仿真研究了相位偏差对检测效果造成的影响。结果证明由于检测信号相位偏差的存在,系统的信噪比大大降低,系统性能下降。