CFRP复杂几何结构超声表面契合法缺陷检测

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)复杂几何结构(即R区)的声传播规律复杂,缺陷检测困难。为提高相控阵超声线性阵列探头的检测能力,以热压固化制备的T700/环氧树脂T形长桁为研究对象,从有限元建模与验证、水程优选与缺陷成像、面积型缺陷定量与覆盖范围三个方面研究了超声表面契合法(Surface adaptive ultrasonic,SAUL)检测的关键技术。结果表明：模拟和试验中分层缺陷均能有效识别,但试样两侧肋板表面和层间界面反射回波过强,成像噪声大,定量困难;对检测中水程进行优选后,两侧肋板反射回波基本消失,缺陷成像完整清晰,成像质量明显提升。在此基础上提出了R区面积型缺陷尺寸的定量方法及检测覆盖范围计算方法,实现了R区深度 1.5 mm、周向长度 4.5 mm分层缺陷的定量检测,深度定量误差6.7%,周向长度定量误差4.4%,满足工程需求。研究结果将为复合材料缺陷精准检测提供支持。     

超声振动铣削碳纤维复合材料表面特征研究

采用超声振动铣削和普通铣削对碳纤维复合材料进行试验研究.试验结果表明,在两种加工方式下,工件表面都产生裂纹、纤维束撕裂、纤维拔出和分层等变形缺陷;在超声加工条件下增强体碳纤维束以直接被剪断为主,表面凹坑少,纤维束与碳基体交界处裂纹和分层不明显,碳基体表面有明显的沟槽产生,且沟槽浅而宽,成规律分布,平均宽度7-8μm;而在普通加工条件下,碳纤维束上的凹坑和空洞较多,碳纤维丝被拔出的几率很大,纤维束和基体交界处,存在很大的裂纹,分层也十分明显,碳基体表面也有明显沟槽m现,但是沟槽混乱,断续现象严重,工件表面呈现完全的脆性断裂,表面质量很差.     

复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三维成像方法。使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图像数据。利用均匀三次B样条函数拟合检测路径与曲面,根据扫查步长和图像序列关系计算超声图像数据点的空间位置以生成超声点云集。最后利用体素化降采样方法对超声检测结果进行重建,实现复合材料内部缺陷的三维成像。实验结果表明,本文方法的缺陷成像结果与CT检测结果的平均误差为1.14 mm,能够快速准确地重建缺陷的位置、形状与尺寸信息,实现复合材料曲面样件内部缺陷的精确表征。     

基于响应曲面法的表面粗糙度预测模型研究

分析以往建立表面粗糙预测模型方法的不足,采用响应曲面法（RSM）建立了钢及其合金铣削加工表面粗糙度预测模型。经检验,该模型预测精度高,泛化能力强,且可简便预测铣削参数对已加工表面的表面粗糙度的影响,有助于准确认识已加工表面质量随铣削参数的变化规律,为切削参数的优先和表面质量的控制提供了依据。     

基于表面粗糙度均匀性的曲面磨削研究

针对曲面磨削中不同曲率处的表面粗糙度不均匀的问题,基于等残留高度法,分析了砂轮圆弧半径、砂轮进给速度、工件转速以及工件曲率对残留高度的影响.结果显示,为得到较小的残留高度,应尽量保持低的砂轮进给速度,并且提高工件转速.曲率半径越小,粗糙度差异越大,改变砂轮进给速度可改善这一问题.砂轮的进给速度与曲率半径大小成正比.采用金刚石滚轮法以及砂轮变速进给可有效改善曲面磨削的表面粗糙度均匀性.     

基于响应曲面法的表面粗糙度预测模型研究

通过正交试验,研究了高速端铣加工中切削参数对表面粗糙度的影响。采用田口设计方法和响应曲面法构建了表面粗糙度预测模型,分析了主轴转速、进给量、切深对表面粗糙度的影响。结果显示,进给量对表面粗糙度的影响最显著,主轴转速次之,切深的影响不大。模型预测精度为99．84％,达到了较高的预测水平。     

基于超声测距的自由曲面数字化方法研究

对数学模型未知的自由曲面进行超声仿形测量时，必须事先估算各采样点的位置和法矢。针对此问题，提出了一种两次采样的数字化方法：首先采用双曲线外插方法对曲面进行特征线采样，生成初始曲面；然后采用B样条节点插入算法对初始曲面进行递归分割，生成基于给定采样精度的自适应采样路径。实例表明，该方法能较好地提高自由曲面超声测量的效率。     

基于表面粗糙度均匀性的曲面磨削研究

针对曲面磨削中不同曲率处的表面粗糙度不均匀的问题,基于等残留高度法,分析了砂轮圆弧半径、砂轮进给速度、工件转速以及工件曲率对残留高度的影响。结果显示,为得到较小的残留高度,应尽量保持低的砂轮进给速度,并且提高工件转速。曲率半径越小,粗糙度差异越大,改变砂轮进给速度可改善这一问题。砂轮的进给速度与曲率半径大小成正比。采用金刚石滚轮法以及砂轮变速进给可有效改善曲面磨削的表面粗糙度均匀性。       

基于超声透射特性的复合材料粘接结构粘接质量预测

以非接触式超声检测方法为基础,对复合材料粘接结构的粘接质量进行仿真与试验探究。首先,建立复合材料粘接结构的超声透射特性时域仿真模型,提取其频域透射系数谱,并着重分析界面弱化及内聚弱化对粘接结构中超声透射特性的影响规律。同时,仿真所得不同粘接状态的超声透射系数频谱与平面波理论的计算结果吻合良好。此外,制备具有不同粘接界面状态及胶层内聚弱化状态特征的纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer, FRP)粘接结构。基于水浸超声测量系统,试验探究不同粘接界面状态及内聚弱化状态对超声透射系数谱的影响,分析粘接结构中超声透射特性随其粘接质量的变化关系,并与仿真结果一致。此外,根据复合材料粘接结构中粘接质量与超声透射特性之间的映射关系,亦为复合材料粘接结构的无损表征与评价奠定了坚实基础。     

军机复合材料层压板超声相控阵检测的CIVA仿真与试验

基于军机复合材料层压板的结构损伤特点,利用相控阵超声检测众多参数的可调节性,采用固定单一因数的方法,通过CIVA仿真和试验结果对比,分析了不同参数对检测结果的影响,对军机复合材料层压板超声相控阵检测方案的制定具有重要意义。     

石油钻井中超声相控阵井壁成像检测技术研究*

针对石油钻井中井壁成像的现状,在对柱面线性相控阵(Cylindrical linear phased array,CLPA)换能器辐射声场研究的基础上进行换能器的参数优化和选择,设计并制作了一种基于CLPA换能器的井下超声相控阵井壁成像检测系统。该系统包括声系短节、电路短节和地面系统等,声系短节由CLPA换能器组成,避免了常规声系中探头绕井轴的机械旋转方式,电路短节由高集成度的发射接收模块和基于FPGA+DSP架构的数字信号处理模块组成,完成对井壁回波信号幅度和到时信息的提取,最终实现实时高效的井壁成像显示。利用该系统在试验井中对存在不同尺寸缺陷的套管进行现场测试,结果表明：该系统对套管井的成像结果能够反映缺陷的基本位置及尺寸等信息,具有良好的成像效果。     

基于超声相控阵技术的粘接性能检测研究

介绍超声相控阵技术的基本原理、特点及换能器的分类。通过研制的超声相控阵检测系统对复合材料的粘接性能实现检测,说明了超声相控阵技术在检测复合材料粘接性能上的应用及前景。     

基于压电超声相控阵方法的结构多损伤监测

基于超声相控阵的主动结构健康监测是飞行器结构健康监测领域一个新的发展方向,也是当前研究的难点之一,超声相控阵结构健康监测在国内还处于起步阶段。在已有应用超声相控阵技术对单损伤定位的基础上,进一步研究飞行器结构中多损伤的监测。通过控制信号的延时,进而控制波束指向,实现对结构的多方位、多损伤扫描。在铝板上进行了实验研究,通过对比不同角度延时前后的损伤散射信号及其合成信号,验证了超声相控阵对多损伤信号的延时叠加能够有效地提高多损伤信号的能量,同时减少非损伤处的能量,从而增强了信号的信噪比,并且对多损伤识别具有较高精度     

机器人超声-电火花复合加工模具曲面的干涉预报与实验研究

对利用机器人进行超声－电火花复合精加工模具自由曲面进行研究,探讨加工过程预报干涉的方法和加工规律,为进一步实现模具自由面精加工自动化提供理论和实验基础。     

相控阵超声检测横向分辨力实验测试及分析

使用带有斜楔的60晶片线型阵列换能器,以扇扫成像方式,对孔径为8～30 mm范围内,焦距分别为30 mm、40mm、60mm、80 mm时相控阵系统的横向分辨力进行了实验测定.研究发现:焦距一定时,随线阵换能器孔径的增大,系统的横向分辨力提高;孔径一定时,随焦距增加,系统横向分辨力降低;焦距和换能器孔径对相控阵成像分辨力影响显著.实测结果与理论分析以及已有文献的数值模拟结果具有良好的一致性.研究结果对于相控阵超声检测的工程应用具有重要参考价值.     

基于复合材料的天线结构设计

对复合材料的天线框架设计进行了较为详细的论述,通过使用复合材料天线框架,保证了某相控阵天线对结构提出的阵元间距要求,为实现天线的电性能指标奠定基础;同时减轻了天线整体的重量。满足了天线整体的刚度、强度要求。     

某相控阵天气雷达结构总体设计

相控阵天气雷达是一个较复杂的系统,其布局要求紧凑,天线阵面精度要求高,组件功耗大,与其他天气雷达相比,其结构设计更复杂。文中通过总体布局设计、天线阵面结构设计与天线阵面平面精度控制以及天线座结构设计完成了某型相控阵天气雷达的设计开发工作。同时通过天线与天线座结构刚强度计算和组件热设计计算来确保设计满足要求。目前,该雷达已交付用户,其成功研制对后续类似雷达的设计具有一定的参考价值。