纤维-金属层板粘接质量的非线性超声评价研究

传统超声检测利用超声波传播中遇到缺陷时波的反射、散射等特征进行缺陷检测和评价,实际上表征的是缺陷和周围介质的声阻抗差别。当超声波在材料中传播时,位错等微小缺陷会与其发生非线性相互作用,非线性超声检测就是利用这些非线性响应信号进行材料性能的评估和微小缺陷的检测,本质上反映的是微小缺陷对材料非线性的影响。文中从非线性超声理论出发,提出运用2阶和3阶非线性系数进行纤维-金属粘接层的评价,实验结果表明非线性系数可以表征粘接缺陷。     

基于超声的碳纤维复合材料孔隙率表征方法对比研究

研究了超声法表征复合材料孔隙率的方法,使用频域参量非线性系数进行表征,定义了经典和改进型非线性系数表达式,分析了两种非线性系数的特点,对比讨论了两种非线性系数用于评价孔隙率的灵敏度。通过改变固化压力的方法制备了碳纤维复合材料孔隙率试样,采用金相分析统计了孔隙率,并进行了衰减与非线性系数表征孔隙率的对比研究。结果表明,改进型非线性系数效果最好,经典非线性系数次之,衰减系数效果最差。改进型非线性系数更适合表征孔隙率。     

连续纤维增韧陶瓷基复合材料声学参量评价均匀性方法研究

连续纤维增韧陶瓷基复合材料具有优良的超高温性能,是航空航天领域高温构件的新型材料,近年来已进入实际使用阶段。研究该材料的无损检测方法对制备过程参数优化、成品质量控制及材料性能表征等都具有很大意义。分析连续纤维增韧陶瓷基复合材料的制作方式和材料特性,发现该材料具有高衰减的特性,对传统复合材料超声检测方法进行改进,采用穿透法准确了解该材料的声学特性,对声速、声衰减等参量进行测量并对数据进行成像,选择"声速值"与"幅值灰度图"的变异系数这两个指标,作为表征材料均匀性的指标。实验结果表明,声速表征的密度均匀性与声衰减表征的孔隙均匀性结果一致,说明材料的密度不均匀是由孔隙不均造成的,最终实现控制材料孔隙率以控制材料质量。     

复合材料发动机的相控阵超声粘接质量检测技术

碳纤维复合材料具有高比强度和比模量,能满足航空航天系统对减轻结构质量的特殊要求,现已应用于航天运载和导弹武器领域。纤维缠绕的固体火箭发动机壳体由于粘接连接区域受力复杂,粘接结构不可靠时可能造成严重影响。本文采用相控阵超声检测技术进行脱粘检测研究,制作不同大小的脱粘缺陷进行检测实验,由于固体火箭发动机壳体与绝热层均为复合材料,材料内部的各向异性造成信号衰减较大,可利用变分模态分解方法对干扰信号进行降噪处理,并通过对回波信号进行延迟叠加得到脱粘缺陷信号,检测脱粘缺陷精度达到1 mm,检测结果表明相控阵超声对碳纤维复合材料发动机壳体脱粘检测具有可行性及准确性。     

复合材料孔隙含量超声多参量评价方法研究

复合材料由于其强度高、疲劳强度好等优点,在航空航天领域应用十分广泛。然而在其制备过程中易产生孔隙微缺陷,显著地降低了材料的最终力学性能。提出一种复合材料孔隙含量超声多参量评价方法,通过对超声相对非线性系数的测量,并对比研究声速、声衰减测量方法,建立复合材料孔隙微缺陷与各参量的定量联系和评价方法。实验结果表明,可采用超声相对非线性系数、声速和声衰减系数评价复合材料孔隙含量,其中声速能快速地反映复合材料的致密性,声衰减系数在一定尺寸范围内评价更加精准,对于声速和声衰减系数变化不明显的试块,采用超声相对非线性系数评价,为复合材料孔隙含量评价的研究提供了参考。     

碳纤维复合材料的激光超声测厚技术影响因素

碳纤维复合材料具有显著的高比强度和高比模量,已成为飞行器结构材料的首选。碳纤维复合材料厚度的均匀性会严重影响飞行器的正常工作。本文采用激光超声脉冲反射法对碳纤维复合材料的厚度进行测量,实现复合材料的非接触式测量,并分别研究了不同透镜、不同直径的光斑和不同功率的光源对测厚信号的影响。检测结果表明:在控制相同能量的激光脉冲激励下,使用直径小的光斑能激发振幅较高的超声回波信号;使用凸透镜聚焦产生的超声信号幅值高于柱面透镜聚焦产生的超声信号幅值,且测量碳纤维复合材料厚度的相对误差小于5.3%;在无外加光的暗室下进行测量实验,背景噪声对底面反射回波信号干扰小。     

PE管材热老化程度的超声非线性表征

以热老化时间不同的聚乙烯(PE)管材为研究对象,分析其力学性能;搭建超声检测装置并采集不同热老化试样的超声信号,通过频谱分析(快速傅里叶变换)获得基波和二次谐波的幅值计算超声非线性系数;建立聚乙烯管材超声非线性系数与力学性能之间的变化关系。结果表明,聚乙烯管材的缺口冲击强度随超声非线性系数的增加逐渐减小。由此,可通过超声非线性系数表征聚乙烯管材的力学性能,进而评价聚乙烯管材的热老化程度。     

RTM复合材料中分层缺陷的超声表征及量化分析

以ZT7H/QY8911碳纤维增强树脂基RTM工艺成型复合材料为研究对象,通过预埋单层聚四氟乙烯薄膜(PTFE)模拟不同尺寸(?=3 mm,6 mm,10 mm)和不同深度(近上表面、中间深度、近下表明)的分层缺陷,制备了RTM复合材料超声检测试样。基于水浸式超声反射法对缺陷进行超声A-Scan、B-Scan和C-Scan检测表征,并对检测结果进行量化分析。结果表明:超声反射法对RTM复合材料层压板中分层缺陷具有定性、定量检测能力,超声A-Scan检测信号中幅值、相位、时域渡越等特征量与缺陷的尺寸、深度、性质等具有相关性,超声B-Scan检测可以对缺陷深度进行表征,超声C-Scan可以对缺陷尺寸进行表征,深度方向检测分辨率达1个铺层厚度,缺陷尺寸的检测偏差≤1.0 mm。     

聚苯乙烯／顺丁橡胶合金相结构的X光小角散射研究

采用X光小角散射法研究了聚苯乙烯/顺丁橡胶合金体系的相结构及相容性。用Debye-Bueche光散射理论的结构参数，如相关距离ac．平均弦长l、旋转半径Rg和积分不变量Q等表征了合金中分散相的尺度及其分布在连续相中的均匀性，用扫描电子显微镜(SEM)定量测定了合金中分散相尺寸的大小和尺寸分布。结果表明：上述各光散射结构参数均可以在纳米尺度范围内表征合金体系的相结构，积分不变量Q可以表征合金体系相结构的均匀性。聚苯乙烯(PS)/颐丁橡胶(PB)合金是典型的不相容体系，无论PB还是PS处于稀相时均不呈现分子分散。     

冠带条缠绕方式对轮胎均匀性的影响分析

分析冠带条缠绕方式对轮胎均匀性的影响。结果表明,不同的冠带条缠绕头尾定位方式形成不同的材料分布效果,对轮胎的均匀性有一定的影响,且有明确的规律可循,可以细化到均匀性的单个指标。通过对冠带条的材料分布进行细化调整,定向提升轮胎均匀性侧向力波动指标,利用向量分割法对检测数据进行分析,均衡周向应力,使轮胎整体均匀性得到提升。     

超声波处理对凹凸棒石/魔芋葡甘聚糖复合材料性能的影响

以魔芋葡甘聚糖为基体,凹凸棒石为增强材料,采用共混法制备了凹凸棒石/魔芋葡甘聚糖复合材料.利用正交实验探讨了超声时间、超声功率、间歇时间和甘油用量对复合材料结构和力学性能的影响,并通过FT-IR、SEM对复合材料的结构进行了表征.试验结果表明通过超声波分散处理,凹凸棒石在魔芋基体中分散均匀,凹凸棒石与KGM的复合使KGM分子某些特征峰的波数发生了改变.当超声时间为15 min、超声功率为50 W、间歇时间为1 s和甘油用量为魔芋用量的9％时,复合材料的综合力学性能最好.     

聚乙烯醇/氧化石墨烯纳米复合材料的制备与表征

氧化石墨烯是近几年国内外研究的热点之一。其原料易得、成本低廉、且具有良好的物理和化学性能,是一种优良的复合材料填充剂。本文首选改进的Hummers法制备氧化石墨烯,利用超声分散法制备了聚乙烯醇/氧化石墨烯纳米复合材料,使用红外光谱、扫描电镜等手段对其进行表征。结果显示,超声分散法使氧化石墨烯均匀的分散在聚乙烯醇基体中形成层离型复合材料。该方法可以用于多种水溶性聚合物。     

基于非线性Lamb波混频模式的复合材料低速冲击损伤研究

针对复合材料中由于低速冲击产生的不可见损伤,建立了混频检测有限元模型,以预测不同冲击能量下复合材料的超声非线性混频响应。采用落锤冲击实验和RAM-5000 SNAP非线性超声检测实验系统研究非线性混频Lamb波与不同冲击能量冲击损伤的复合材料的相互作用关系,并对有限元模型进行对比验证。探讨了混频Lamb波检测冲击损伤的可行性,以及不同冲击能量对混频Lamb波和频非线性系数的影响。研究结果表明:混频Lamb波可用于检测冲击损伤,其和频幅值及和频非线性系数随着冲击能量的增大而增大,和频非线性系数可以有效评估复合材料板受到的冲击损伤情况。     

Rayleigh散射研究非相容聚苯乙烯／顺丁橡胶合金相结构

用光散射在线采集与分析方法完成了熔融混炼过程中非相容高分子共混物的形态结构分析。选择了聚苯乙烯／顺丁橡胶合金体系。使用了小角前向光散射和小角背散射（在线）技术，用Debye-Bueche光散射理论的结构参数如相关蹁ac、平均弦长l、平均旋转半径Rg和积分不变量Q表征了共混物中分散相尺度和均匀性。用扫描电子显微镜（SEM）测定了共混物中分散相尺寸，并与光散射的结果进行了比较。ac,l和Rg的变化规律与显微镜的结果是一致的。用积分不变量Q研究了共混物的均匀性。     

树脂基复合材料中碳纤维分散均匀性的图像表征

为了能直观、定量地表征短切碳纤维在树脂基复合材料中的分散均匀性,利用图像处理技术,对原始图像采用平滑滤波和全局阈值分割方法,得到树脂基复合材料中短切碳纤维分布的二值图像。通过MATLAB软件建立GUI界面,统计二值图中短切碳纤维的面积比及其标准差,以表征短切碳纤维在树脂体系中的分布情况及均匀性,并与宏观图像相对比,结果表明,图像法能够准确、快速地获取碳纤维的分布信息并能直观量化表征碳纤维的均匀性。     

Rayleigh散射研究部分相容聚苯乙烯／顺丁橡胶合金相结构

用光散射在线采集与分析方法完成了熔融混炼过程中非相容高分子共混物的形态结构分析。选择了聚苯乙烯／顺丁橡胶合金体系；使用了小角前向光散射和小角背散射(在线)技术，用Debye-Bueche光散射理论的结构参数如相关距离ac、平均弦长l、旋转半径Rg和积分不变量Q表征了共混物中分散相尺度和均匀性，讨论了合金体系的相容性。用扫描电子显微镜测定了共混物中分散相尺寸，并与光散射的结果进行了比较。ac、l和Rg的变化规律与显微镜的结果是一致的。用积分不变量Q研究了共混物的均匀性。     

航空复合材料层压板钻孔分层缺陷相控阵检测参数优化

在航空复合材料层压板机械钻孔加工中,分层损伤是影响钻孔连接装配性以及材料使用寿命最严重的一类缺陷。超声相控阵因其检测速度快、灵活性好、结果显示直观等优势被广泛应用于复合材料缺陷检测研究中。为了提高相控阵检测复合材料分层缺陷的检出率和成像质量,研究了阵元数、焦距、脉冲宽度分别对成像检测结果的影响,获得了各参数变化的影响规律及钻孔分层缺陷相控阵成像检测各参数最优设置,为后续利用相控阵技术开展航空复合材料层压板钻孔分层缺陷检测方法研究提供参考。     

高声衰减树脂基复合材料超声检测方法

根据高声衰减树脂基复合材料的特点,采用高能超声激励技术和接收端信号增强技术结合的穿透法对该种材料进行检测。分析了影响超声波幅值的激励电压、超声仪阻尼电阻、激励电信号波形等因素,提出了双极性方波脉冲串的激励方式,设计了接收端的放大电路,确定了检测参数。结果表明:在小于击穿电压的前提下,激励电压与超声波幅值成正比;其他条件不变,超声仪阻尼电阻调至最大时,可激励最大幅值的超声波信号;在同一条件下,不同激励电信号波形激励的超声波幅值大小关系为双极性方波脉冲串单方波尖脉冲;提出的方法实现了高声衰减树脂基复合材料的超声检测,且可检测不大于5mm的缺陷。     

基于热芯缠绕工艺的缠绕张力研究

本文提出了一种适用于热芯缠绕工艺的缠绕张力制度设计方法.与传统缠绕工艺不同的是,热芯缠绕工艺使复合材料在缠绕同时加热固化.该方法在考虑外部纤维张力对内部环向应力影响的基础上,考虑了缠绕过程中温度引起的热应力、固化收缩应力以及各参数变化,通过对各缠绕层环向应力的分析,推导出考虑温度影响的缠绕张力制度,使各缠绕层纤维受力均匀,从而提高复合材料壳体的强度和抗疲劳性能.     

多层碳纤维布复合材料超声检测的有限元模拟

结合飞机复合材料无损检测需求,介绍了多层碳纤维布的材料工艺,分析了超声反射法的基本原理及其特点,并利用有限元方法对超声检测过程进行了数值模拟。通过实验波形和数值模拟的波形进行对比,可以看出有限元分析法对复合材料的超声检测提供了有力的理论依据,在一定程度和范围内可以对实验进行结果预测和评估。同时实验结果表明,超声波检测复合材料检测精度较高,检测效果较明显,可以准确的识别出是否存在缺陷以及判断出缺陷的位置。