蜂窝夹层结构粘接质量电子散斑检测研究

蜂窝夹层结构粘接质量电子散斑无损检测,是利用电子散斑干涉技术,采用实时干涉法获得被检蜂窝夹层结构受热或压力载荷后的形变场条纹分布．受检的蜂窝夹层结构件蒙皮与夹芯之间的粘接缺陷,在适当的载荷力作用下,其表面位移场发生畸变,所对应的干涉条纹因其形状、间距和取向不同于周围粘接完好的干涉条纹的特征条纹,作为粘接缺陷的判据． 电子散斑干涉技术适用于检查碳环氧复合材料蒙皮厚度不大于 １．２ ｍｍ、铝蜂窝芯格边长不小于 ３ ｍｍ的蜂窝夹层结构粘接缺陷,可检测最小脱粘尺寸不大于直径 １５ ｍｍ．也适用于检查铝蒙皮厚度…     

用于航天蜂窝结构的激光与红外无损检测技术

介绍了错位散斑、红外热成像等无损检测新方法的原理,并利用各方法对预置缺陷的航天蜂窝结构样件进行了无损检测,获得了清晰的缺陷检测图像。选取激光错位散斑检测技术对大型航天蜂窝结构件进行了实际检测应用,结果表明,激光错位散斑检测从灵敏度、效率和适用性均为航天铝蜂窝结构产品的较好检测方法。     

基于剪切散斑干涉的薄壁金属粘接质量评估

薄壁金属粘接结构是国防工业中常见的结构类型,其界面粘接质量无损评价一直是国内外研究的热点和重点。本文基于数字剪切散斑干涉技术,利用四步相移法构建了剪切散斑干涉测量系统,详细分析了铝蒙皮粘接铝合金平板试件上不同粘接质量区域在负压载荷下的剪切散斑干涉条纹和离面位移场。实验结果发现粘接质量高低可通过剪切散斑干涉条纹图疏密程度表征。干涉条纹随着粘接质量增强逐渐稀疏,在局部弱粘情况下会出现类似脱粘状态的条纹分布。此外,本文利用Cohesive单元模拟胶粘层,计算分析了铝蒙皮粘接试件有限元模型在负压加载下离面位移场。数值结果与光测实验结果相吻合,验证了利用剪切散斑干涉技术评价薄壁金属界面粘接质量的可行性。     

基于激光剪切散斑干涉评估包覆药柱粘接质量

提出了一种新的模拟包覆药柱界面粘接缺陷的试样制作方式,并通过剪切散斑干涉技术评估包覆药柱的粘接质量,进而讨论该无损检测技术的探伤能力。文章首先介绍了包覆药柱人工缺陷的制作方式,制备了三个脱粘缺陷直径分别在2~4 mm之间的包覆药柱试块；接着简单介绍了剪切散斑干涉的基本原理,搭建了基于迈克尔逊干涉的光路系统,使用真空激励对包覆药柱试块加载；最后使用剪切散斑干涉技术对实际包覆药柱产品进行验证性探伤测试。实验结果表明,剪切散斑干涉技术是评估包覆层粘接质量有效的探伤手段,可检出直径为2 mm左右的人工缺陷,同时可以检测出实际包覆药柱产品的界面脱粘缺陷。本文的研究可为包覆药柱界面脱粘缺陷的制作以及该类型缺陷的检测提供技术支撑。     

电子散斑测量仪及其在无损检测中的应用

介绍了一种电子散斑测量仪（ＥＳＰＩ），对其测量原理，仪器结构进行了描述，分析了热加载测量机理，用热加载方式对铝蒙皮蜂窝站结构复合航空材料脱粘缺陷进行了无损检测（ＮＤＴ）得到了满意的效果。     

基于剪切散斑干涉无损探伤的缺陷深度测量北大核心CSCD

基于激光剪切散斑干涉技术构建了无损检测系统,通过对铝合金平板钻圆形盲孔覆橡胶层的方式制备了设有不同尺寸和深度的内部缺陷的复合材料粘接试件,利用施加负压激励研究了不同负压值下试件内部缺陷所在表面的散斑条纹和离面位移情况,并结合有限元计算验证了检测系统有效性。结果表明:相同缺陷深度和负压值下,缺陷尺寸越大,散斑条纹级数越多、离面位移越大;相同缺陷尺寸和负压值下,缺陷深度越深,散斑条纹级数越小、离面位移越小。在利用该剪切散斑干涉无损检测系统准确获取内部缺陷的形状、位置和尺寸等信息的基础上,进一步基于弹性薄板理论推导了缺陷深度。缺陷深度测量精度随缺陷尺寸增大而提高,同时随深度增大而降低,直径为20 mm深度小于1 mm的圆形缺陷深度测量误差值小于10%。本文研究为复合材料粘接结构内部缺陷的深度检测提供了有效途径。     

基于深度学习的激光剪切散斑干涉无损检测缺陷识别

剪切散斑干涉技术通过测量物体表面变形来推断其内部缺陷,具有高灵敏度、检测范围广、精度高等优点,是一种极具潜力的复合材料无损检测技术。目前缺陷识别主要采用人工方式,而人工识别不但检测效率低且受到专业性限制。为了提高剪切散斑干涉无损检测方法中的缺陷识别精度和效率,本文提出基于深度学习剪切散斑干涉缺陷识别方法。利用高精度四步相移技术获取剪切散斑相位条纹高质量成像;引入了应用广泛的YOLOv5和Faster R-CNN目标检测算法,通过实验采集了大量的缺陷图像,分别用YOLOv5和Faster R-CNN两种算法获得训练模型。然后将这两种模型分别应用于剪切散斑干涉无损检测中的复合材料缺陷检测。最后,实验从检测速率和检测精度方面对模型识别效果进行了对比分析。实验结果表明,激光剪切散斑干涉技术结合深度学习的方法能有效地实现剪切散斑干涉无损检测的缺陷自动识别,Faster R-CNN和YOLOv5的检测速率分别能达到11 f/s和50 f/s,并且两种深度学习算法的平均精度均能达到92%以上,验证了提出方法的可行性。     

电子设备散热器热传导的三维数值模拟及结构优化

借助ANASYS软件对热解石墨(TPG)/胶层/Al三明治结构在温度作用下Mises等效应力的分布进行了数值模拟,并通过改变TPG层、胶层、Al板的厚度实现结构优化。结果表明:不论是Al层,还是TPG层或胶层,最大拉应力区域均出现在边缘拐角处,距离边缘拐角较远的区域表现较小的应力;边缘拐角处在加载温度后最易受损,实际工艺设计时尽量使边缘拐角钝化,缓解应力集中;Al层、TPG层、胶层厚度依次为0.3,3.9,0.3 mm,三明治夹层结构的热应力分布比较合理。     

光学小卫星主载荷承力结构的多工况优化设计

为了降低光学小卫星相机次镜上的随机响应，提出了一种蜂窝夹层板结构的优化设计方法，对小卫星光学载荷的蜂窝安装板进行结构参数的优化设计。首先，以整星一阶频率不低于40 Hz为优化目标，对蜂窝芯子密度进行优化，根据三明治夹心理论，推导计算了蜂窝芯子等效力学参数。然后，以次镜的随机响应为优化目标，对蜂窝夹层板的碳纤维面板进行铺层优化设计，得到最优铺层顺序为[0/45/90/-45]S，总厚度为0.8 mm。根据以上计算得出蜂窝芯子及碳纤面板等效参数，对整星进行分析。最后，开展了整星振动试验，测量了整星模态和响应，对试验数据进行采集。结果表明:整星模态为42.2 Hz，次镜最大随机响应为11.1g，均在合理范围之内，满足了组件力学要求。     

投影辅助的数字剪切散斑干涉扫描检测技术

数字剪切散斑干涉技术已被广泛应用于复合材料无损检测,但常规检测面积有限,难以完成大尺寸复合材料的缺陷检测。提出了一种投影辅助数字剪切散斑干涉大尺寸复合材料扫描检测方法,该方法基于数字剪切散斑干涉技术并利用辅助投影引入额外表面特征,通过分视场间投影图的单应性矩阵计算分视场间实物图和散斑干涉图的全局匹配和坐标统一,完成了投影图-实物图-干涉图的多视场扫描与匹配拼接,同时在单视场检测引入4f光路及超广角镜头扩大单次检测面积。实验结果表明:此扫描检测系统能够实现缺陷位置、尺寸较精确的测量,位置定位均方根误差为7.0 mm,尺寸测量误差的均方根值为4.9 mm。在1.2 m的工作距离下单次检测面积可达600 mm×500 mm,全局扫描检测面积高达3.5 m×4.0 m。此方法具备抗刚体位移干扰强,缺陷检测灵敏度高的优点,适合大尺寸高性能复合材料无损检测现场使用。     

蜂窝夹芯结构脱粘的空气耦合超声检测技术研究

针对当前蜂窝夹芯结构超声无损检测效率低及耦合剂污染等问题,该文提出了使用空气耦合超声透射法进行检测并成像。首先利用COMSOL建立了二维蜂窝夹芯结构空气耦合超声检测模型,通过置入不同大小空气层以模拟实际脱粘缺陷。仿真结果表明,与无缺陷相比,脱粘后超声信号幅值变小,且缺陷越大,超声信号幅值越小。其次制定空气耦合超声透射实验方案,使用频率为200 kHz空气耦合超声换能器对不同脱粘面积进行实验研究,实验结果与仿真结果趋势相同,验证了该方法的有效性。最后搭建了空气耦合超声C扫描系统,对不同大小脱粘缺陷进行超声C扫描成像。成像结果表明,该方法最小可显示9 mm的脱粘缺陷轮廓,解决了蜂窝夹芯结构的脱粘无损检测。     

高功率连续波CO2激光辐照加载铝板的研究

对受拉、受压和扭曲加载的LY12铝合金板被连续CO2激光辐照后的热力机械响应、应力状态、变形及破坏等进行了研究,同时研究了各种不同加载形式下的激光辐照破坏的工艺参数范围,分析了激光辐照破坏区的微观结构。研究表明,在激光辐照和机械加载的联合作用下,激光辐照烧斑区产生部分熔化和凹陷,在辐照区的边缘产生裂纹和皱折,最终导致破坏。另外,还具体分析了几种试件的破坏特征。     

列车门覆板-铝蜂窝脱粘缺陷的红外热像检测

为了检测列车门脱粘缺陷,采用红外热像获得覆板表面温度分布和变化规律。在物体表面温度-红外热波-红外热像理论的基础上分析了影响列车门脱粘缺陷红外热像质量的因素。实施了室内非稳态非接触穿透式加热方式列车门脱粘缺陷红外热像检测。实验中拍摄了180 s时长的试件热像,设置了脱粘区与无缺陷区内的平均温度之比作为特征值;获得了该特征值随时间变化的曲线。该特征值可用于列车门覆板-铝蜂窝脱粘缺陷红外热像检测,作为确定最佳检测时段和最佳检测温度的依据。     

“钢-铅”粘接结构非接触激光超声检测方法

为了解决核工业领域防辐射用钢铅粘接结构的非接触、高精度无损检测问题,研究激光超声检测方法。建立了粘接结构模型,分析了激光超声的传播及脱粘导致的声波反射和衰减;实验测量了良好粘接与脱粘处的窄带激光超声信号,观测到脱粘导致的界面反射信号幅度变化;分析得出表征脱粘的激光超声反射系数与声波频率和测量位置的关系;通过激光超声C扫描方法实现模拟脱粘试样的检测与成像。研究表明:激光超声方法可以实现两层钢铅粘接结构脱粘的成像检测,在核工业防辐射结构检测中具有应用前景。     

基于表面压电波动测量的钢管砼剥离检测试验

钢管混凝土结构结合了钢管与混凝土两者的力学优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于超高层建筑和大跨度桥梁中,但钢管管壁与内部核心混凝土间的界面剥离将会对其承载力等力学性能带来负面影响。该文提出一种通过在钢管壁同侧布置压电陶瓷片作为驱动器和传感器,基于表面波动测量的矩形截面钢管混凝土构件的界面剥离缺陷检测方法,通过在一矩形截面钢管混凝土柱钢管的四面内壁设置不同程度剥离缺陷进行测试,对比简谐激励下健康工况和不同尺寸缺陷工况下压电传感器测量信号幅值,定义界面损伤指标实现了管壁界面剥离缺陷检测。结果表明,基于表面波动测量的钢管混凝土柱内部界面剥离缺陷状况检测方法有效,损伤指标与损伤程度相关。     

基于分布式光纤的蜂窝夹层结构脱粘损伤监测

航空航天蜂窝夹层结构服役环境恶劣,需要发展相应的结构健康监测技术以保证结构的安全运行。脱粘损伤因发生在内部胶层而难以监测,该文采用埋入胶层的分布式光纤传感器对蜂窝夹层结构脱粘损伤进行监测。在预埋损伤监测试验中采用高强光纤和边界浅槽的方式提高传感器存活效率,得到脱粘损伤应变特征。采用参数化建模方式对不同损伤位置进行大量有限元模拟,加入白噪声后得到含有脱粘损伤特征的13 500组数据。将模拟数据代入卷积神经网络进行训练,训练后的网络对试验损伤数据的识别准确率达到98.84%。该方法能够识别20 mm2 脱粘损伤,同时定位平均误差小于4 mm。     

基于表面波的钢管砼界面剥离检测模拟分析

钢管混凝土结构充分利用了钢管和混凝土的优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于高层建筑及大型桥梁中。然而,钢管和混凝土间的界面剥离缺陷却会给结构力学性能带来负面影响,对隐蔽性的界面剥离缺陷进行有效检测很重要,基于同侧压电陶瓷片驱动与表面波测量进行检测易于实施。该文运用ANSYS建立了带界面剥离缺陷的钢管混凝土柱模型,通过在钢管混凝土柱表面同侧粘贴压电陶瓷(PZT)片进行驱动和传感,对具有不同长度缺陷的钢管混凝土柱的信号进行数值模拟分析,并与健康工况下的信号进行比较。数值模拟结果表明,界面剥离缺陷工况下的信号幅值较健康工况下大,且损伤程度与信号幅值改变呈正相关,损伤尺度越大,信号幅值越大。该文提出的基于表面波测量的界面剥离缺陷检测方法有效。     

热障涂层脱粘缺陷脉冲压缩激光红外热成像检测

针对热障涂层热导率低,激光红外热成像检测效果不佳等问题,本文提出了一种基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法用于热障涂层系统脱粘缺陷的检测。该方法利用频率或周期调制脉冲串激光热源,再通过信号处理将接收到的时域信号压缩成有效峰值高的窄脉冲信号,从而有效增强检测信号的信噪比。首先,建立热障涂层多层结构脉冲压缩激光红外检测有限元数值计算模型,模拟了周期调制脉冲串激光激励下结构内部热流的传播过程以及内部缺陷对温度场分布的影响,研究了不同激励参数对于温度场分布的影响。模拟结果表明,单调递减型且热激励时间为2s左右的脉冲激励形式能获得最佳的检测效果。其次,通过脉冲压缩技术对数据信号进行后处理,得到了更能反映缺陷信息的温度场分布图。最后,通过实验验证了基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法对热障涂层脱粘缺陷检测的有效性,实验结果表明,该方法在一定程度上提高了缺陷检测的灵敏度与信噪比。