纤维层内树脂流动的空气耦合超声无损检测

采用空气耦合超声无损检测仪,对部分浸润预浸料中树脂沿纤维层厚度方向的浸渍流动进行了实时检测研究.首先将部分浸润预浸料放置在真空袋中,然后固定在扫描机构上,抽真空,考察在一个大气压作用下不同时刻树脂的浸润流动情况,通过C扫描图片实时、快速检测出树脂的浸润流动变化,并应用达西定律计算了碳纤维网架的渗透率.同时,将观察区域截取试样制备成金相分析试样,通过显微分析验证了C扫描图像分析的准确性.结果表明,空气耦合超声C扫描方法是检测预浸料中树脂沿纤维层厚度方向流动的一种快速和有效的方法.     

相关算法软包装热封缺陷空气耦合超声检测

为实现软包装热封缺陷的在线无损检测,将空气耦合超声检测技术应用于软包装热封缺陷检测。采用中心频率为1MHz、焦点直径约1mm的点聚焦空气耦合超声探头,并分别采用包络积分算法和相关算法对带有0.5~1.5mm泄漏通道型缺陷的热封封口进行面扫描成像。实验结果表明该方法可实现软包装热封泄漏缺陷的非接触成像。将带通滤波后的超声信号包络与标准信号包络相关性系数作为成像特征量,可有效消除空气耦合超声的透射能量波动噪声。相对于包络积分算法,相关算法可显著提升图像信噪比以及小尺寸缺陷检出能力。     

碳纤维复合材料凹槽缺陷空气耦合超声导波检测

传统的超声导波检测需要使用水或油等作为耦合剂,而有些特殊材料由于其自身原因无法使用耦合剂,使得检测受到限制.本文以碳纤维复合材料为研究对象,采用非接触空气耦合超声导波检测方法,选取0.2MHz探头频率,通过分析3种人工划槽缺陷在相同深度、不同宽度下超声回波信号的幅值变化,来研究不同缺陷大小与回波信号幅值的对应关系,为空气耦合导波在复合材料检测中的应用提供实验指导.实验结果证明了空气耦合超声导波检测的可行性和可靠性.     

C/SiC复合材料空气耦合超声检测数值模拟

针对高孔隙率C/SiC复合材料空气耦合超声检测,引入考虑孔隙形貌的随机孔隙模型开展数值模拟研究。结合力学和声学性能测试计算材料弹性刚度矩阵,借助组织分析建立考虑孔隙微观形貌、孔隙率分别为5%、10%、15%的随机孔隙有限元模型,研究了空气耦合超声透射法检测过程中超声波传播特征及典型缺陷的响应规律。结果表明:材料纵波声速约2830 m/s,横观各向同性五个独立弹性常数分别为158.149、88.589、34.141、15.288和13.793 GPa。孔隙呈长条状,随孔隙率增加,超声衰减逐渐增大;孔隙尺寸与波长的比值约在0.05~0.22范围,主要为瑞利散射机制。高孔隙率、复杂孔隙形貌显著影响超声波的传播过程,导致个别条件下声场指向性发生偏转,影响缺陷检测。当分层缺陷长度由0增加到25 mm时,接收信号幅值衰减增大,与无分层模型相比最大衰减增加33.9 dB。随着复合材料层板厚度的增加,超声衰减进一步增强,声场也将产生一定偏转,主要体现孔隙和分层的共同作用。计算结果与实验吻合较好,为高孔隙率C/SiC复合材料的高质量无损检测提供支撑。      

纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

空气耦合超声类瑞利波的表面应力检测研究

该文针对钢结构表面应力提出了非接触式空气耦合超声类瑞利波检测方法。首先基于声弹性理论,研究了类瑞利波在钢表面传播时间与表面应力的关系,搭建空气耦合超声类瑞利波应力检测系统,根据Snell定律确定检测参数,采用声时差算法提高测量精度,对Q420钢不同声程下声弹性系数进行标定和拟合。在此基础上对Q420钢进行应力无损检测和评价,实现非接触式空气耦合一维表面应力的超声无损检测。最后从理论和实验两方面对实验结果进行分析,证明了空气耦合超声类瑞利波检测表面应力方法的可行性。     

超声无损检测减压炉加热管内表面结焦层

基于超声波在多层介质中的传播规律,探讨超声波技术检测加热管内表面结焦层的可行性。研究结果表明:超声波技术无损评价炉管内壁结焦层厚度是可行的;超声回波信号的幅度、周期性以及波形的畸变程度可作为结焦层厚度变化的表征指标;无焦区,回波清晰,周期性较好,幅度较高;薄焦区,回波幅度减少,周期性较好,回波略有畸变;厚焦区,回波幅度明显降低,畸变严重。     

空气耦合超声隐身涂层脱粘缺陷检测技术

常规超声检测方法对于涂层缺陷的检测操作复杂,不易检出。为解决隐身涂层厚度小,缺陷反射回波信号易产生互相混叠、难以区分等问题,首先开展基于空气耦合超声检测技术的隐身涂层厚度检测和界面脱粘缺陷检测数值模拟仿真研究与实验。通过分析超声波在被检样品内部的传播特性,接着对仿真信号进行时频域处理分析,提出一种基于小波变换多尺度模极大值的隐身涂层缺陷检测方法。结果表明：该方法能够识别出每一个极大值平均值对应的异质界面,对厚度约为500μm的隐身涂层超声信号在不同界面处产生的奇异点进行检测,可实现较高精度的涂层厚度检测与涂层内弱粘结缺陷的识别和定位功能。     

复合材料多轴联动超声C扫描检测技术评述

随着航空、航天装备研制中非规则曲面复合材料制件比重的增加,传统的超声C扫描检测手段已难以满足实际应用需求。多轴联动超声C扫描检测技术为非规则曲面复合材料制件的检测提供了重要技术支撑。本文分析和评述了多轴联动超声C扫描检测的技术原理、典型设备形式和主要功能,分析了存在的问题,并指出发展方向。     

空气耦合超声信号调理电路的设计

空气耦合超声探头接收的信号微弱,并且容易受到电磁噪声的干扰,信噪比低,不利于后期的采集与处理。针对上述问题,设计了一种以仪表放大器AD8429芯片为核心的微弱信号调理电路。该调理电路分为三部分,第一部分为电压跟随器组成的输入级,第二部分为高精度、低噪声的三级级联放大电路,第三部分为无限增益多路反馈带通滤波电路,最后,将整个电路置入金属纤维屏蔽罩,以达到抑制外界高频电磁干扰的目的。实验结果表明,所设计电路检测下限可达200μV,实际增益最高为79.6 dB,相对误差控制在10%以下,利用此电路可以成功提取400 kHz的超声检测信号。     

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。     

3232/Rc10800预浸带的试制

选择了3232树脂和Rc10800玻璃粗纱,研究了各浸渍工艺参数对预浸带质量的影响,并试制出合格产品。     

铁电驻极体空气耦合声换能器的研制

基于多孔聚丙烯铁电驻极体薄膜系统研制了平面型和球型聚焦空气耦合超声波换能器。平面型换能器孔径为20 mm,两个球型聚焦换能器的孔径和焦距分别为20 mm和35 mm、30 mm和40 mm。使用激光干涉仪测得了三个换能器作为发射器工作时的带宽和谐振频率,并且将在脉冲回波模式下测得的换能器作为接收机工作时的响应与激光干涉仪测试结果进行比较。最后选择孔径为20 mm的球型聚焦换能器,在脉冲回波模式下对不同直径孔的聚乙烯阶梯楔进行扫描成像。     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊缺陷的超声检测及信号识别

目的 利用水浸聚焦超声C扫描对2524铝合金回填式搅拌摩擦点焊（RFSSW）接头进行检测并完成缺陷识别。方法 以A扫描时域信号为对象,绘制能量谱与金相作对照,确定焊合区;分析未焊合、聚集型孔洞及弥散型孔洞的时域和频域波形特征,并对频域信号进行小波分析,提取特征量。结果 缺陷区反射回波的归一化能量不低于0.02;不同形式的缺陷（聚集型孔洞、弥散型孔洞、弱连接）其频谱形状特征不同,具有不同的峰值个数。结论 通过金相验证,表明超声波C扫描对接头缺陷可进行有效的检测和区分。     

航天先进复合材料研究进展

低密度防隔热材料是航天飞行器热防护系统的重要组成材料,具有密度低、孔隙率高、热导率低等特点,在轻质的同时具备优异的防隔热性能。但是,该类型材料及其结构特点为材料内部缺陷的无损检测带来较大困难,常规超声喷水穿透法不适用,红外法效果较差。针对石英纤维针刺织物增强酚醛树脂基低密度防隔热材料内部分层缺陷的检测问题,开展了空气耦合超声检测研究。在研究中,通过X射线Micro-CT检测分析了材料的微观结构,估算了分层缺陷声压透射率与空气间隙厚度的关系,制作了密度分别为0.4、0.5、0.6、0.7 g/cm³材料的缺陷试样,并通过空气耦合超声检测搭配50、140、200 kHz频率探头对缺陷试样进行了检测研究。结果表明：空气耦合超声检测能有效发现低密度防隔热材料中的分层缺陷,检测适用频率和检测能力与材料密度和材料均匀性有关。在材料厚度30 mm、分层缺陷空气间隙厚度0.3 mm时,使用频率50 kHz的空气耦合超声探头,在密度0.4~0.7 g/cm³材料中均能发现直径30 mm及以上尺寸的缺陷。

     

连续CF/PEEK预浸料制造技术研究进展

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced composite,CFRP)具有轻质、高强、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、热力学性能优异等特点,是航空航天、军工装备、医疗设备、轨道交通和新能源产业等领域理想的零部件原材料。碳纤维预浸料是CFRP制备过程的中间制品,其优劣决定了复合材料的最终性能。增材制造可以低成本快速成型复杂零件,因此针对增材制造技术的碳纤维预浸料研发成为研究热点。增材制造用碳纤维预浸料的制备可以分为放卷、展纱、改性、浸渍以及冷却收卷几部分。本文总结了增材制造用碳纤维预浸料的制备技术的研究现状,总结了不同工艺的原理特点并详细说明了不同工艺对增材制造用碳纤维预浸料乃至复合材料的影响,最后对目前增材制造用碳纤维预浸料的制备工艺存在的问题做了总结并对其发展方向做了展望。     

轴承钢大颗粒夹杂物的高频超声波C型扫描检测

大颗粒夹杂物对轴承钢的疲劳寿命有重大的影响.针对轴承钢非金属夹杂物的评价方法进行了比较和分析.利用高频超声波C型扫描法对轴承钢钢材试样进行检测,并利用金相法对超声波C型扫描法检测的结果进行验证.结果表明:高频超声波C型扫描法用于检测轴承钢中的大颗粒夹杂物是非常有效的.     

空耦超声波换能器中酰胺化改性声匹配层的制备与性能检测

基于空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂体系的声匹配层制备了高灵敏度的空耦超声波换能器。采用聚甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物(PVMMA)接枝到空心玻璃微珠表面(PVMMA-g-HGM),以提高低密度空心玻璃微珠在高密度环氧树脂基体中的分散性。结果表明：改性空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的致密度提升显著且无明显缺陷,具备了更好的声辐射性能,制备的空耦超声波换能器灵敏度达到4.88 V。此外,改进后超声波换能器装配的气体超声波流量计具备更好的流场适应性,相对误差绝对值低于1.0%。本文提出一种新的工艺以改进气体超声波流量计中超声换能器的性能。