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。     

碳纤维/树脂基复合材料薄板的超声波检测

针对碳纤维/树脂基复合材料层压板在航空航天运用中的实际特点,分析了碳纤维/树脂基复合材料层压板的缺陷特征,选择纵波垂直反射法作为检测手段,提出了调整探头晶片后面阻尼块的阻尼系数和在探头前面增加软性透射膜水囊结构等改进超声探头的方法,有效地提高探测信号可识别性和减小探测盲区,有利于用反射信号的相位特征及形状来对缺陷进行定性分析.试验表明,改进后的纵波垂直反射法方便实用,操作性强,能有效地对碳纤维/树脂基复合材料层压板进行缺陷检测.     

碳纤维蒙皮的超声波检测与成像EI

通过设计碳纤维复合材料层压板的缺陷模型,利用人射超声波在碳纤维复合材料中产生的反射信息,通过分析反射回波的时间和回波幅频特性,可以得到该材料内部缺陷埋藏深度信息,进行缺陷的无损评估.利用该方法对飞机蒙皮的缺陷进行超声波检测,通过超声波成像可以清晰地再现碳纤维复合材料制备过程中产生的缺陷,为碳纤维复合材料的缺陷超声表征与无损检测提供了有效的检测机制,为判断碳纤维蒙皮是否能够安全使用提供了直接依据.同时,通过对超声波检测成像中缺陷产生的原因进行分析,将对中高速先进无人机的制造工艺改进有着重要意义.     

碳纤维蒙皮的超声波检测与成像

通过设计碳纤维复合材料层压板的缺陷模型,利用人射超声波在碳纤维复合材料中产生的反射信息,通过分析反射回波的时间和回波幅频特性,可以得到该材料内部缺陷埋藏深度信息,进行缺陷的无损评估.利用该方法对飞机蒙皮的缺陷进行超声波检测,通过超声波成像可以清晰地再现碳纤维复合材料制备过程中产生的缺陷,为碳纤维复合材料的缺陷超声表征与无损检测提供了有效的检测机制,为判断碳纤维蒙皮是否能够安全使用提供了直接依据.同时,通过对超声波检测成像中缺陷产生的原因进行分析,将对中高速先进无人机的制造工艺改进有着重要意义.     

复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

针对碳纤维增强树脂基复合材料分层缺陷的无损检测与评估问题,通过制备预埋分层缺陷的标准试样,利用超声相控阵技术对缺陷进行无损检测与定量评估,并对测量误差进行分析。首先,在层压板铺层中间埋入聚酰亚胺薄膜制备分层缺陷试样;然后,对试样进行超声相控阵检测,通过超声S扫和C扫图像对缺陷进行定性分析与定量测量,并结合声场仿真对检测误差进行分析。结果表明:所制备试样内分层缺陷形状规则、埋深及大小与预设一致;超声相控阵步进方向检测尺寸比较准确,而扫查方向尺寸误差较大;超声相控阵技术能够准确识别分层缺陷的形状、尺寸及位置,具有很高的检测精度,对较小缺陷具有很好的检测效果。     

基于空耦换能器的碳纤维增强环氧树脂编织复合材料激光超声检测技术

激光超声技术具有无需耦合剂、快速及高分辨等特点,适用于各向异性碳纤维增强树脂编织复合材料的缺陷检测。运用有限元法分析了激励位置和编织结构对激光点源激发超声波信号的影响,获得了弹性波在材料内部的传播规律以及能量分布特征,并采用1 MHz空气耦合换能器搭建了一套小型化、低成本的非接触激光超声C扫描成像系统,开展了斜纹和缎纹碳纤维增强树脂编织复合材料的近表微结构和内部缺陷检测实验。结果表明,基于空气耦合换能器的激光超声成像可以高精度地再现碳纤维增强树脂编织复合材料的近表树脂囊、碳纤维束形状、取向、尺寸及其内部缺陷等空间分布特征,有望为航空复合材料提供一种原位的微结构表征和缺陷检测方法。      

两维三轴编织结构复合材料的弹道冲击性能研究

树脂基复合材料的冲击性能与所用树脂、纤维、织物结构、纤维与树脂的界面性能和成型工艺有较大的关系。采用传统模压工艺制作的单向板和多向板在弹体的侵彻下,纤维容易被侧向挤压,致使断裂的纤维数较少,弹道冲击性能较差;而织物层压板由     

基于半稀疏矩阵的聚乙烯管超声阵列全聚焦成像实验分析

高密度聚乙烯管广泛用于燃气输送等领域,其热熔接头的焊接质量直接影响管道系统的安全。采用全聚焦成像方法对高密度聚乙烯试块的横通孔缺陷进行成像实验,通过对检测信号进行信号预处理,提高全聚焦成像的效果,并提出一种基于半稀疏矩阵采集的超声阵列全聚焦成像方式,将该方式与基于全矩阵、半矩阵和稀疏矩阵采集方式的全聚焦成像结果进行比较。实验结果显示,基于半稀疏矩阵采集的全聚焦成像方法可有效降低计算量,提高实时检测效率,同样能够用于高密度聚乙烯材料中横通孔缺陷的重构且成像信噪比无明显降低。     

碳纤维-铝多层结构胶接质量的超声检测

采用宽带窄脉冲超声换能器对树脂基碳纤维与铝板胶接质量进行检测,通过对采集的回波信号幅值、声时以及相位等因素的分析,找出回波信号与胶接缺陷形态的对应关系,提出针对树脂基碳纤维与铝多层结构胶接结构的超声检测方法。本文还通过对试块上预埋缺陷的检测确定了该检测方法的准确性,并运用红外热成像检测技术对检测结果的可靠性予以验证。     

基于涡流成像的碳纤维增强树脂基复合材料细观结构可视化

对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的细观结构成像方法进行了研究,利用涡流成像技术实现了CFRP层合板中纤维方向及纤维缺失、褶皱和空隙过大等缺陷的可视化。首先通过有限元仿真和电路理论分析了CFRP板中涡流的生成机制和分布特性,阐述了基于涡流法的CFRP细观结构成像机制。然后介绍了用于扫描成像的高频涡流检测（HF-ECT）实验系统并确定了涡流探头的形式及其参数。最后利用涡流成像技术分别对单层板、正交层合板和四方向斜交层合板进行了检测,绘制了涡流检测（ECT）信号的三维伪彩图并得到了清晰的纤维纹路分布。通过引入滤波去噪技术和二维快速傅里叶变换（2D-FFT）对图像进行进一步处理,提高了图像分辨率并完成了不同方向上纤维纹路的分离,从而实现对层合板每单向层中缺陷的精确定位。     

频率-波数域的薄铝板缺陷检测研究

文章将频率-波数域成像算法应用于薄铝板内圆形穿孔缺陷的检测。采用PZFlex软件建立多阵元线性阵列仿真模型,在薄铝板内激发出Lamb波,模拟超声相控阵全矩阵捕获功能。实验中使用M2M公司的超声相控阵仪器对带有通孔缺陷的薄铝板进行全矩阵捕获。基于全矩阵数据完成自发自收模式下的频率-波数法损伤重建,对全矩阵数据进行三维傅里叶变换,利用所有阵列的全部信息完成损伤重建。实验结果表明:频率-波数域成像法能够精确地表征出圆孔损伤的大小和形状,对单缺陷及不同大小、距离的双缺陷均具有良好的检测效果。相对于全聚焦成像法,频率-波数域成像法具有更高的分辨率。     

基于水平分置线性双阵列的超声全聚焦成像方法在粗晶材料检测中的应用

针对粗晶材料超声检测信噪比低的问题,提出了一种水平分置线性双阵列超声成像方法。将两个线阵超声换能器沿直线水平分置在待检区域表面两侧,用收发分离的信号采集模式,一侧激发,另一侧记录各通道数据,进行聚焦成像。相比单阵列和同位置双线阵检测,文中的方法有效地减少了背向散射信号对缺陷信号的干扰,提高了成像信噪比。在粗晶铜质试块上的成像实验结果表明,当缺陷距离阵列较近时,文中的方法优于单阵列和同位置双线阵方法,成像信噪比提高约5～10 dB;当缺陷距离阵列较远时,单阵列模式和同位置双线阵检测方法失效,但文中的方法依然可以识别缺陷。文中的研究为粗晶材料的超声检测提供了一种可行的方案。     

小截面方管结构CFRP复合材料的超声检测方法

新型飞行器已采用小截面碳纤维增强树脂基(Carbon Fiber Reinforce Polymer, CFRP)复合材料方管结构。针对该类复合材料方管的材料组成和结构特点,分析和对比了常用的超声穿透法、超声反射法和整体超声穿透法对复合材料方管内部质量检测的适用性,提出了超声对面内壁反射法。采用超声对面内壁反射法对试块中的人工缺陷和实际产品进行检测。结果表明,采用该检测方法能够全部检出试样中的10 mm×10 mm的人工分层缺陷,且可有效地检测实际产品的分层和孔洞缺陷。     

碳纤维复合材料构件高效加工对策

近20年来，碳纤维增强复合材料研究与应用受到世界各国的普遍重视，本文以碳纤维增强／树脂基复合材料为研究对象，讨论了轴向力对缺陷的影响规律结论如下：纤维方向对缺陷形成有重要的影响，轴向力增大分层与撕裂缺陷相应增大：以磨代钻加工工艺、新型PCD刀具和螺旋面钻头对于提高碳纤维复合材料钻孔质量都有很大提高。     

纤维增强树脂复合材料中的褶皱缺陷:分散性与虚拟测试

在纤维增强树脂复合材料结构中,褶皱缺陷的物理形态及其空间分布通常具有分散性,如果仅追踪某个单一褶皱缺陷的行为演化,则不能有效控制复合材料批量构件性能的一致性.本论文提出了一种褶皱缺陷分散性模型,该模型包括褶皱形态的正态分布和空间位置的随机分布,以及将该模型植入自主开发的有限元程序的算法实现.由于计算程序中考虑了褶皱缺陷...     

曲面结构石英纤维增强树脂复合材料分层损伤缺陷太赫兹智能检测

为探索先进预警机雷达罩石英纤维增强树脂复合材料中典型分层缺陷的智能化检测手段,将协作机器人与反射式太赫兹时域光谱系统相结合,搭建了一种基于光纤耦合的反射式太赫兹时域光谱扫查系统,测试所得信噪比的动态范围约60 dB。利用搭建系统对预埋模拟分层缺陷的曲面结构石英纤维增强树脂复合材料样件进行太赫兹无损检测,不同扫描区域获得的反射式太赫兹成像图中均能通过目视辨认出内部预埋缺陷。利用改进的YOLOv4算法在缺陷自动识别中获得90.18%的准确率和91.26%召回率,分别较原YOLOv4算法提高3.37%和4.01%,对小目标缺陷的检测效果良好。实验丰富了预警机雷达罩样件的设计和检测研究内容,探索了曲面结构石英纤维增强树脂复合材料缺陷太赫兹成像,为预警机雷达罩的无损检测提供了新的智能检测工艺,具备工程应用价值。      

碳纤维复合材料界面结构的形貌与尺寸的表征

为了准确测定碳纤维增强树脂基复合材料界面结构的形貌和尺寸, 本文中介绍了一种原位纳米力学动态模量成像技术, 并采用该方法对碳纤维增强热固性树脂基复合材料进行了测试, 对该技术在界面结构测试上的参数设置、 数据处理方法以及适用性等方面进行了分析。研究表明, 该方法的横向分辨率可以达到纳米尺度, 适于测量界面尺寸在纳米级别的碳纤维复合材料界面形貌与尺寸。对于碳纤维/环氧树脂和碳纤维/双马树脂体系, 界面区的储能模量呈梯度变化, 根据储能模量成像图的统计分析可得到界面的形貌和厚度。所得界面平均厚度在100nm左右, 横截面上界面形貌呈不均匀的“河流状”, 并与碳纤维表面形貌相似。      

基于ECT的航空复合材料缺陷检测研究

针对航空复合材料制件在生产和服役过程中产生的缺陷损伤,提出了一种基于电容敏感原理的同面多电极阵列传感器无损检测方法。基于电容边缘效应,设计了一套同面电极阵列的胶粘缺陷检测系统,模拟航空复合材料缺陷的真实分布。电容层析成像(ECT)系统以单电极激励方式工作,根据缺陷材料介电特性变化引起的电容测量值的变化,采用共轭梯度成像算法复现缺陷位置和形状。实验结果表明,所述方法能够准确地判断出胶粘缺陷的位置和大小,能够对2mm厚度碳纤维复合材料内侧的8mm胶粘结构缺陷进行可视化检测,ECT检测系统重建图像质量较高、边缘伪影较少,为航空复合材料缺陷检测提供了一种新的研究方向。     

碳纤维复合材料构件加工缺陷与高效加工对策

碳纤维复合材料钻削加工时易产生分层、毛刺、撕裂等缺陷,是典型的难加工材料。本文以碳纤维增强/树脂基复合材料为研究对象,观察钻孔缺陷形成过程,建立单丝切削模型分析缺陷形成原因;讨论了轴向力对缺陷的影响规律。结论如下:纤维方向对缺陷形成有重要的影响,轴向力增大分层与撕裂缺陷相应增大;以磨代钻加工工艺、新型PCD刀具和螺旋面钻头对于提高碳纤维复合材料钻孔质量都有很大提高。     

基于芳纶pulp优化的碳纤维增强树脂基复合材料的抗损伤性能及残余抗压强度

针对树脂基复合材料树脂粘接层脆性大且存在结构缺陷,易发生剥离和分层等突出问题,提出以轻质高强的芳纶pulp(AP)作为增强剂,通过模压成型制得强化的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP),研究不同添加面密度对复合材料抗钻孔、钻孔-冲击二次损抗性能和损伤后的抗压强度的影响。结果表明,6 g/m2 AP使复合材料直接、钻孔以及钻孔-冲击后抗压强度分别增强37.3%、41.0%和41.8%。分析认为:AP改善了树脂脆性,消除层间富树脂区域,提升层间断裂韧性,抑制了裂纹生长;同时AP以纤维桥连形式贯穿于树脂层和碳纤维层,不仅改善了树脂与碳纤维粘接界面的缺陷,也构建准Z方向的纤维排布,避免裂纹向单层界面扩展而导致结构分层,从而实现结构强化。