复合材料结构中R区超声反射信号特征及其检测应用

R区是复合材料结构中的重要几何过渡区和连接区,利用超声反射法检测时,入射声波在R区形成的反射信号的复杂性明显影响了缺陷的判别和评定。为此,采用宽带窄脉冲超声检测方法,通过专门设计的超声检测系统及水膜耦合换能器,提取和分析来自实际复合材料结构R区的超声反射信号的时域特征,结合超声检出结果进行解剖验证分析。结果表明:采用水膜耦合可以获得较好的声学耦合效果和稳定的超声反射信号;来自R区分层等缺陷和R区层间界面及树脂界面的反射信号在其单周特性、幅值特性、多次反射行为等方面存在明显的时域差别,基于此特征,可有效地进行复合材料R区缺陷的判别和定位,并有效地检出R区近表面单个铺层深度(约0.13 mm)的分层;基于此信号特征的B扫描为复合材料结构中R区缺陷的检测与评估提供了一种非常直观的可视化方法。     

碳纤维增强复合材料层间界面缺陷超声成像技术

针对复合材料层压结构层间界面缺陷的无损检测与评估,通过分析超声波在碳纤维增强树脂基复合材料中的传播规律,研究入射声波在复合材料中的反射特性,利用入射声波在复合材料层间界面产生的反射信息,通过超声（B,T）扫描成像方法揭示复合材料层间界面缺陷及其三维分布。试验结果表明,采用短波长脉冲超声成像检测技术,可以有效地再现碳纤维增强树脂基复合材料层压结构中层间界面缺陷三维分布特征以及层间界面、铺层方向、纤维束取向等信息,为复合材料提供了一种有效的层间界面结构表征和缺陷检测方法。     

碳纤维复合材料构件超声自动检测系统

针对航空领域专用的碳纤维复合材料板材，以超声波脉冲反射法的检测方法为基础，研制了用于碳纤维复合材料内部缺陷检测的超声波自动检测系统。介绍了脉冲反射法检测原理，机械系统、硬件系统结构和软件系统的设计开发思想，最后用实验得到构件的超声C扫描图像。实验结果表明，该系统具有较高的精度和效率，对碳纤维复合材料缺陷的检测很适用。     

表面裂纹的激光超声深度测量

采用激光超声检测技术对不同深度的铝合金6061表面微裂纹进行了检测。通过搭建激光超声检测试验平台,得到不同缺陷深度的表面裂纹的缺陷信号,分析了缺陷信号的时域信号特征。研究表明:利用反射回波的震荡时间差可以定量评估裂纹深度,从而实现金属表面微裂纹深度的定量检测;通过检测不同深度的Q235钢的表面缺陷,证明了利用震荡时间差定量检测表征缺陷深度的正确性,研究结果具有一定的应用价值。     

复合材料层压结构冲击损伤超声成像评估

采用高分辨率超声成像方法实现复合材料冲击损伤的无损检测,以高品质的脉冲超声波作为探测源,提取入射声波在复合材料层压结构试样中形成的时域反射声波信息,并通过扫描结构使换能器对含有冲击损伤的复合材料试样进行自动扫描,实时对每一个检测位置点的超声信号和位置信号进行处理与融合,通过超声B扫描成像和T扫描成像进行复合材料冲击损伤成像评估。试验结果表明:通过超声B扫描成像,可以形象地再现复合材料层压结构试样表面和内部冲击损伤在其不同深度方向的断面分布、取向、扩展及深度等确切信息;通过超声T扫描成像,则可以直观地再现冲击损伤在复合材料层压结构试样不同深度铺层方向的损伤区域(面积)、分布及其扩展特征。     

基于图嵌图卷积神经网络的复合材料缺陷定位

针对复合材料层合板结构缺陷的快速检测定位，提出了一种基于超声导波的复合材料缺陷检测图嵌图卷积神经网络模型(G-GCN)。G-GCN通过构建导波信号相互关系的时空特征高级表征图，由局部-全局变换构建局部图，以表征单个导波信号内的相互关系信息；再基于局部图构建全局图，表征多个导波信号之间的相互关系信息；然后利用全局图输入图卷积神经网络模型训练学习，输出相应的复合材料缺陷预测，实现极少量传感器条件下的快速精准缺陷检测与定位。最后搭建了超声导波复合材料检测试验平台，验证了G-GCN的先进性和可靠性。     

玻璃纤维增强树脂基复合材料内部缺陷的超声成像检测

针对玻璃纤维增强树脂基复合材料内部缺陷检测,采用平探头和聚焦探头超声脉冲反射法对人工模拟缺陷试样进行了水浸超声C扫描成像检测。试验结果表明,聚焦探头超声脉冲反射法对各层不同尺寸大小的缺陷均能检出,且分辨力优于平探头超声脉冲反射法。因此聚焦探头超声脉冲反射法是评价玻璃纤维增强复合材料内部质量的有效的无损检测方法。     

二维结构中亚波长缺陷的超声特征

在复合材料中,对于亚波长缺陷的检测还比较困难。基于包含铝和水的二维结构,通过时域有限差分法仿真研究了亚波长缺陷的超声特征,结果表明:当缺陷尺寸和缺陷间排列位置改变时,超声反射信号波形出现了相应的改变,这可以用于从反射回波中提取特征,从而确定亚波长缺陷的尺寸及排列位置。     

拉挤梁风电叶片的相控阵超声检测数据分析

针对拉挤梁风电叶片相控阵超声检测时,信号受叶片特殊结构及材料各向异性影响出现数据信噪比低、缺陷识别困难的问题,通过分析叶片结构及其典型缺陷,明确相控阵超声图像信号与叶片结构的对应关系,并提出了高效、准确的数据分析流程。试验结果表明,该方法有助于提高风电行业数据分析工作的质量。     

不锈钢增材制造件表面缺陷激光超声检测

利用激光超声技术检测增材制造件表面缺陷,采用有限元方法模拟热弹机制下激光激发超声波的传播过程,对不同探测位置接收的表面波反射信号进行了分析,研究缺陷的深度和宽度对表面波反射信号的影响。对316L不锈钢增材制造件进行了激光超声检测试验,验证了该模型的正确性。利用小波软阈值去噪算法处理采集到的激光超声信号。结果表明,数值模拟与试验结果基本一致,表面波与缺陷作用产生的RS波和RR波的到达时间差可以检测缺陷的深度,缺陷的宽度对检测结果几乎无影响。     

不锈钢增材制造件表面缺陷激光超声检测

利用激光超声技术检测增材制造件表面缺陷,采用有限元方法模拟热弹机制下激光激发超声波的传播过程,对不同探测位置接收的表面波反射信号进行了分析,研究缺陷的深度和宽度对表面波反射信号的影响。对316L不锈钢增材制造件进行了激光超声检测试验,验证了该模型的正确性。利用小波软阈值去噪算法处理采集到的激光超声信号。结果表明,数值模拟与试验结果基本一致,表面波与缺陷作用产生的RS波和RR波的到达时间差可以检测缺陷的深度,缺陷的宽度对检测结果几乎无影响。     

薄板点焊超声检测信号特征分析与缺陷识别

运用低碳钢薄板点焊超声检测有限元仿真模型,对气孔、压痕过深、熔核过小、脱焊等四种缺陷类型的点焊检测超声仿真信号进行快速傅里叶变换得到其频谱图,并采用统计学方法分别提取了超声信号时域和频域特征值.通过分析超声在不同缺陷焊点内部的传播规律,以及特征值的变化规律,总结了点焊缺陷类型的识别方法.利用该方法对大量点焊试样超声检测试验信号进行缺陷识别并与金相试验结果对比分析. 结果表明,综合分析超声检测信号时域和频域特征值规律,能够有效地识别点焊缺陷类型.     

高硅氧复合材料的超声成像检测

通过对高硅氧复合材料声学特性的研究，在对超声波声场探讨的基础上，采用自行研制的超声波扫描成像系统对高硅氧复合材料进行了成像检测。从成像结果分析可知，通过超声信号的降噪处理和特征提取，所得到的扫描图像可检测出材料中的缺陷。     

激光超声检测碳纤维增强树脂基复合材料的缺陷评估技术研究

采用激光超声检测技术，研究了碳纤维增强树脂基复合材料中常见缺陷的激光超声信号特征与缺陷识别评估方法。结果表明，利用L波的特征和变化，可有效地提取反映复合材料中缺陷的声波信息；根据L波的幅值和衰减变化规律，可进行缺陷的判别，确定缺陷的性质。     

电阻点焊超声在线监测

电阻点焊质量决定了车身强度和车辆安全。超声无损检测方法常用于焊后抽检,但车身焊装完成后,结构内部诸多焊点难以触及,无法检测。针对上述问题,将超声检测技术应用于焊接过程监测,基于脉冲-回波超声探头与特征信号分析技术,研究点焊过程工件内部超声场瞬态分布情况;设计了新型内置超声波探头电极结构,将超声探头嵌入电极动臂水冷腔,进行脉冲电阻点焊超声在线监测试验,分析超声时程、焊接过程超声回波特征;利用声学信号实时记录焊核熔化和凝固过程,并研究点焊典型焊接缺陷虚焊的超声回波图特征,分析基于回波的虚焊焊点鉴别方法。研究结果表明,通过观察C扫描图像特征与A扫描信号的变化,能够很好地划分点焊接头的热影响区、熔合区、熔核区以及焊接缺陷。通过C扫描图像特征对虚焊焊点进行快速识别,进而实现点焊缺陷检测和熔核尺寸测量。     

蜂窝共固化结构高分辨率超声C扫描方法及应用

针对复合材料蜂窝夹芯共固化结构穿透法超声检测信号衰减严重、难以确定检出缺陷的性质和深度位置等问题,基于超声反射原理,研究了一种宽带窄脉冲高分辨率超声C扫描检测方法,并进行了检测试验。试验结果表明,该方法可以获取高质量的时域可分辨的回波信号,蒙皮-芯脱粘和好区的回波信号相差达11dB,膜上和膜下脱粘呈现不同的图像灰度分布特征,检出的脱粘大小与其设计值的差值不大于蜂窝芯格边长,可有效检测此类结构,并得到了较好的实际检测应用。     

超声热成像检测应用实例

简要介绍了超声热成像检测方法的基本原理和特点。该方法利用激励超声波在缺陷处产生机械振动,使缺陷处因热弹效应和滞后效应等原因释放出热量,用红外热像仪对此局部发热过程进行监测,最后对图像进行分析。由于激励信号的频率调制和特殊的图像处理方法,超声热成像检测法优势独特。对某航空碳纤维增强复合材料的检测表明,该方法能有效检测出裂纹、分层或破裂等缺陷,应用前景广阔。     

基于多频率超声综合比对法的三维编织复合材料检测

介绍了三维编织复合材料的工艺成型特点以及容易产生的缺陷类型。采用多种频率的超声波对三维编织材料内部的缺陷进行检测，并对检测结果进行综合比对分析。试验结果表明，多频率超声综合比对法虽然无法对材料内部的孔隙分布进行定量检测，但可以对不同区域孔隙分布情况进行判断。     

超声F-Scan成像技术检测双金属复合材料的方法

随着技术和需求的发展,人们对检测的要求不再仅仅是判断缺陷的有无,而是希望能够通过直观的图像显示出缺陷的全貌,从中得到可靠的分析结果。对于一些较薄的金属复合材料,手工检测存在很大难度,甚至无法进行检测。针对小构件、异形构件、薄壁金属复合材料工件,提出利用超声特征扫描成像检测系统对金属复合材料的质量进行检测。通过对时域超声信号的分析,从超声信号本身以及材料缺陷两方面进行特征提取和分析成像,给出结合层连接质量的定量化直观结果,减少扩散焊缺陷的漏检和误检问题,实现对双金属复合材料扩散焊质量的无损检测与评价。     

激光超声激励技术研究

激光超声是一种新型无损检测技术，它利用调Q激光器控制能量，采用合适的电路处理技术可在复合材料和金属上产生有价值的超声波信号。介绍了激光超声的产生原理和试验装置，并在表面未处理的不同厚度的复合材料和几何形状复杂的零件部位进行了激光超声激励试验。结果表明该方法可在以上构件中产生有效超声波信号，弥补了常规超声激励方式的不足。