碳纤维复合材料板冲击损伤计算及超声检测

文章采用显式有限元法、三维Tsai—Wu失效准则和刚度折算准则来模拟T300／QY8911矩形层压板低速冲击下逐渐损伤的过程,预测了复合材料冲击损伤的程度。根据HB72242—1995《复合材料构件通用技术条件》、GJB289521997《碳纤维复合材料层合板和层合件通用规范》要求制作冲击试样,进行低能量冲击试验。采用超声C扫描检测不同能量冲击作用造成的损伤,将有限元计算结果和超声C扫描检测结果进行对比。结果表明,在损伤面积尺寸确定方面,有限元分析的结果和超声C扫描检测结果吻合较好,三维Tsai—wu失效准则和刚度折算准则适合模拟分析碳纤维复合材料板冲击损伤,超声C扫描检测可以较好地检测出冲击能量高于4．5J的分层损伤。     

第二专题 涡流阻抗图分析

涡流检测就是测量通电线圈在导电材料上因涡流场引起的线圈阻抗变化。而阻抗是一个矢量,它包括电阻和电抗,两者在方向上是相互垂直的。通过平面图来描绘检测线圈的阻抗变化,称为阻抗图,每个图形都是阻抗幅值与相位变化的二维显示。早期的涡流测试仪器仅用电表指示阻抗的幅值变化,现代的涡流仪器大多能在屏幕上直接描绘探头线圈阻抗变化曲线。如测试样品有明显的差异,可直接从曲线上得到反映。     

碳纤维复合材料涂层厚度的涡流测量

利用涡流仪对带涂层碳纤维复合材料的涂层厚度进行测量,分析检测频率及涂层厚度对涡流检测信号的影响,然后利用扫描电子显微镜测量涂层厚度,对比涡流法和电镜法测量所得的涂层厚度值。试验结果表明,两者数值很接近,误差较小。涡流法可望实现碳纤维复合材料涂层厚度的高精度测量。     

单向碳纤维增强复合材料的锁相涡流热成像检测盲区

以单向碳纤维复合材料为研究对象,使用锁相涡流热成像技术对试件加热并记录了红外热像图,获得具有较高信噪比的幅值和相位图;对涡流加热过程建立了有限元模型并进行了仿真分析。试验结果表明:单向碳纤维复合材料会产生加热盲区,涡流加热存在非均匀性;仿真结果与试验结果有较高的一致性,涡流向量中与碳纤维垂直的分量直接导致了涡流加热的非均匀性。检测盲区的发现,有助于指导碳纤维增强复合材料的涡流热成像无损检测。     

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。     

超声激励方式对检测信号的影响

为了分析不同激励方式对超声检测信号的影响,采用尖脉冲和方波脉冲两种激励源激励超声换能器,在充电电压及脉冲重复频率相同的条件下,分别对碳纤维复合材料、铝合金材料进行超声检测,对比分析回波信号特征。结果表明,相同电压和脉冲重复频率下,方波激励得到的超声检测信号幅值是尖脉冲激励的两倍,方波激励下的回波信号噪声干扰比尖脉冲大,在实际生产使用过程中,方波激励更适合于碳纤维复合材料的超声检测。     

碳纤维复合材料常见缺陷涡流检测试验分析

利用涡流检测技术对碳纤维复合材料在役使用过程中产生的缺陷进行试验分析。通过对完好和有损碳纤维复合材料试件进行试验检测,比较分析了不同频率下,分层、裂缝等缺陷的涡流检测效果。试验结果显示,随着检测频率的提高,对分层及裂缝的涡流检测效果逐渐变好;同时,涡流检测方法对碳纤维复合材料厚度的变化也具有较明显的信号显示。为今后采用涡流检测技术对碳纤维复合材料在役缺陷进行检测提供了参考依据。     

超声C扫描的碳纤维复合材料 缺陷检测及分析

研究了动车转向架中碳纤维复合材料连接结构的超声扫描检测方法。采用超声C扫描方法采集缺陷信息,针对碳纤维复合材料连接构件建立手动超声成像检测系统,避免了常规超声自动扫描成像对不规则曲面结构适应性差的技术弊端,使检测过程实时、快速、柔性;在KSW熵方法基础上,基于几何建模,对三维模型建立二值化图像,编制计算程序得到缺陷覆盖面积和缺陷覆盖率,实现了构件三维图像中缺陷的可视化检测,避免了常规肉眼观测,提高了检测结果可信度。     

铝基复合材料粘结质量超声C扫描检测技术

采用超声C扫描水浸聚焦技术检测Al2O3纤维增强铝基复合材料活塞镶环粘结质量。设计制作Al2O3纤维增强铝基复合材料活塞模拟对比试样,利用模拟对比试样研究镶环粘结质量超声C扫描检测工艺。结果表明,超声C扫描水浸聚焦技术可实现对Al2O3纤维增强铝基复合材料活塞镶环粘结质量缺陷的定性、定位、定量检测。     

管道多缺陷对涡流检测影响的仿真

由于金属构件缺陷各异,损伤部位可能存在多个缺陷,为了实现涡流检测的可靠性评价,建立了合两个矩形槽缺陷的管道二维轴对称有限元模型,计算了信号的相位和幅值。仿真结果表明,多缺陷对涡流信号的影响不同于单一缺陷,且随激励频率不同,阻抗信号偏差不同;而在进行缺陷定量表征时,缺陷的几何状态(深度、宽度、内外壁状况)会对深度较小缺陷的定量表征有影响,引起损伤评价不当,可参考幅值细致分析此影响。     

英国先进的复合材料无损检测技术

在20世纪90年代初,大面积复合材料的在役检测被证明十分必要。全面介绍了英国复合材料无损检测的发展历史以及目前正在研究的各种复合材料无损检测技术,如超声检测技术、碳纤维增强塑料的超声C扫描检测标准的发展、自动分析和评定技术、低频振动技术、微波、激光错位散斑、热像技术和声像技术。同时介绍了英国的无损评价研究中心机构、用于查询和互助的复合材料检测的交互式知识库以及复合材料无损检测的年度短训班。     

四通道水浸式超声C扫描检测系统研制

随着航空、航天制造技术的飞速发展,复杂精密构件的应用越来越广泛。在复杂精密构件或大厚度工件水浸式超声C扫描检测中,常常需要采用分区聚焦技术,针对不同厚度范围的检测区域,采用合适的参数进行扫描检测。研制的四通道水浸式超声C扫描检测系统及软件CScanPro,实现了一次扫描四个通道同时成像的分区聚焦检测功能,提高了检测效率,实用性强,软件运行稳定,界面友好。CScanPro软件也可应用于非聚焦四通道超声C扫描检测,已在3台超声C扫描检测系统中安装和使用,实际检测结果准确,满足测试要求。     

激光超声技术在先进复合材料无损检测中的应用研究

为实现航空航天先进复合材料的非接触、高精度检测,研究激光超声技术在复合材料无损检测中的应用。制备预埋人工缺陷的碳纤维树脂基复合材料和陶瓷基复合材料试样,利用自主研制的激光激励、激光探测的全光学激光超声无损检测系统进行试验研究,实现碳纤维复合材料层压结构模拟分层缺陷检测,层压复合材料紧固孔边沿分层检测,以及陶瓷基复合材料分层检测。研究结果表明：激光超声检测技术可以有效检出碳纤维树脂基复合材料内部直径2 mm以上分层型缺陷,可检出碳纤维复合材料紧固孔边沿的小尺寸分层,可表征C/SiC复合材料内部直径5 mm以上分层,在航空航天工程领域应用前景广阔。     

俄罗斯航空修理厂无损检测状况一瞥

介绍俄罗斯某厂航空修理中无损检测技术的应用及方法，包括磁粉探伤中的围磁法和弹簧通电磁化法，超声瑞利波探伤的沟槽探头，涡流探伤的旋转探头，荧光渗透检验中的湿法显示以及复合材料的声阻法检测。上述方法能有效发现缺陷隐患，保证航空修理质量，值得借鉴。     

An Effective Electrical Resonance-Based Method to Detect Delamination in Thermal Barrier Coating

This research proposes a simple yet highly sensitive method based on electrical resonance of an eddy-current probe to detect delamination of thermal barrier coating (TBC). This method can directly measure the mechanical characteristics of TBC compared to conventional ultrasonic testing and infrared thermography methods. The electrical resonance-based method can detect the delamination of TBC from the metallic bond coat by shifting the electrical impedance of eddy current testing (ECT) probe coupling with degraded TBC, and, due to this shift, the resonant frequencies near the peak impedance of ECT probe revealed high sensitivity to the delamination. In order to verify the performance of the proposed method, a simple experiment is performed with degraded TBC specimens by thermal cyclic exposure. Consequently, the delamination with growth of thermally grown oxide in a TBC system is experimentally identified. Additionally, the results are in good agreement with the results obtained from ultrasonic C-scanning.     

PDC的超声检测

本文简要介绍了使用超声波技术对金刚石复合片(PDC)进行检测的一些初步体会,对应用超声波A扫描、C扫描方法在检测过程中应注意的问题进行了描述。特别对使用超声波C扫描法在10MHz、50MHz和100MHz频率下检测PDC时出现的部分现象及结果进行了简要的说明,这些现象和结果对今后的研究具有一定的参考作用。     

Analysis of ultrasonic C-scan image features and image processing for spot welding

A focused ultrasonic transducer is used for precise, step-by-step, surface ultrasonic scanning inspection of spot welds. Two methods for generating characteristic data matrices of ultrasonic echo signals of the spot welds are established. One is based on the ultrasonic echo amplitude and the other is based on frequency spectrum. Both methods generate scanning inspection data arrays and provide clear C-scan images. Based on C-scan noise reduction, the Krisch edge detection operator for edge detection-a gray window transform-reflects the shapes of the spot welds and allows quantitative determination of their size. The method based on the ultrasonic echo amplitude provides a greater quantitative detection accuracy.     

SUS304奥氏体不锈钢板点焊接头的超声成像分析

利用超声波水浸聚焦入射法对1 mm厚的SUS304奥氏体不锈钢板点焊接头进行超声C扫描成像检测.分析了不同焊接工艺参数下的C扫描图像特征,甄别了飞溅、焊穿等典型焊接缺陷,并提取其对应的A扫描信号.基于C扫描图像对焊核直径进行了测量,并与焊核切口端面尺寸进行了比较.结果表明,基于超声波水浸聚焦入射法得到的C扫描图像,能有效观测焊核内部形貌特征.焊接电流超过8 kA,电极力小于2 700 N时,超声波C扫描图像中清晰反映出飞溅、焊穿等缺陷,其对应区域的A扫描信号与正常熔核区波形特征有明显差异;借助超声C扫描图像测得的焊核直径为4.39~5.25 mm.     

铝合金焊缝裂纹的阵列涡流检测仿真研究

为了分析阵列涡流传感器扫查不同位置表面横向裂纹时的线圈输出信号特征,以及焊缝受热区金属材质变化对线圈输出信号的影响,建立铝合金焊缝裂纹的阵列涡流检测的三维有限元模型。结果表明:当裂纹长度分别为1.6、3.0、4.5 mm时,裂纹长度与线圈感应电动势的波峰幅值呈单调递增关系,探头扫查侧面裂纹时的线圈感应信号总是大于正上方裂纹;焊接所引起的5A06铝合金材料电导率减小会使线圈的感应电动势幅值增大,且当裂纹长度分别为1.6、3.0、4.5 mm时,裂纹长度越大,电导率减小在裂纹检测时对线圈输出信号的影响越小。     

基于瞬态A_r方程的非线性涡流无损评价数值模拟

就一简化的三维磁性材料数值计算模型,对其非线性涡流信号进行了数值模拟试验。基于变形磁矢量位(Ar)低频涡流场的控制方程改良并开发了用于计算非线性涡流检测信号的数值模拟程序,得出非线性涡流检测信号与磁性材料因塑性变形而产生的磁导率变化之间的相关性,开发了非线性涡流信号数值模拟程序,利用开发的数值模拟程序计算非线性涡流检测信号,采用不同初始磁导率等效模拟试件不同塑性变形程度,得出了模拟信号的谐波幅值与塑性变形的关联性。对比非线性涡流数值模拟结果和试验检测结果,证明了塑性变形导致的磁导率变化是非线性涡流检测信号变化的直接诱因。