复合材料板超声层析成像研究

发布时间：2017-08-30 21:17

  本文关键词：复合材料板超声层析成像研究

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【摘要】：复合材料由于其优良的综合性能,各种材料在性能上互相取长补短,被广泛应用于许多领域。材料破损失效检测一直是工业中的必要环节,对于复合材料来讲更是极为重要,超声无损检测技术一直是较为先进的无损检测技术,具有穿透率强、灵敏度高等优点;计算机层析成像技术是在不损坏物体的条件下,探知物体内部结构的几何形态与物理参数(如密度等)的分布。超声层析成像检测技术是超声无损检测和层析成像相结合的一项检测技术,近年来一直成为无损检测领域的研究热点。本文主要研究复合材料板缺陷的超声层析成像检测技术,研究内容如下:通过查阅资料,了解了兰姆波分别在各项同性材料和各向异性材料中的传播特性,并给出了其在两种不同介质中的频散方程和频散曲线。为兰姆波信号的激励频率和模态选择提供了理论依据。介绍了计算机层析成像技术的相关理论,推导了以中心切片定理为核心的平行束和扇形束滤波反投影算法公式,并分别给出了基于两种算法的图像重建步骤,通过对比选取了步骤简单、计算量小的扇形束滤波反投影算法作为本文图像重建的算法。以T300/QY8911复合材料单向板为研究对象建立了有限元仿真模型,建立薄板中不同位置的圆形缺陷,通过仿真模拟兰姆波扇束扫描过程并提取兰姆波在不同模型中的走时数据。将走时数据代入卷积滤波反投影算法重建缺陷图像,从重建图像中可以识别出缺陷的基本信息,但是复合材料的各向异性特性给图像重建过程带来了许多伪影,提出了一种以无缺陷走时为基准的走时修正方法,修正后的走时再次重建图像,质量有所提高。最后搭建实验平台,通过实验方法进行兰姆波扇束投影,提取兰姆波走时并进行走时修正和反投影成像,走时修正后的重建图像中缺陷的偏离误差减小,缺陷更加清晰。由此证明了该走时修正方法能够有效的解决由于材料各向异性带来的图像质量下降问题,超声层析成像技术能够检测出复合材料板中不同位置上的缺陷。为该技术应用于工程实践中奠定了基础。
【关键词】：复合材料板 无损检测 超声层析成像 走时修正
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TB559
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 复合材料无损检测国内外研究现状10-11
• 1.2.2 超声层析成像无损检测技术国内外研究现状11
• 1.3 论文的主要研究内容及结构安排11-14
• 第二章 超声波在复合材料板中的传播特性14-26
• 2.1 板波概述14
• 2.2 兰姆波在各项同性介质中的传播特性14-20
• 2.2.1 弹性理论14-15
• 2.2.2 兰姆波在各项同性介质中传播的波动方程15-20
• 2.3 兰姆波在各项异性介质中的传播特性20-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第三章 计算机层析成像技术的基本理论26-36
• 3.1 计算机层析成像技术概述26
• 3.2 断层成像的原理26-28
• 3.2.1 投影与反投影的基本原理26-27
• 3.2.2 投影与反投影的数学表达式27-28
• 3.3 滤波反投影图像重建算法28-35
• 3.3.1 中心切片定理28-30
• 3.3.2 平行束滤波反投影算法30-31
• 3.3.3 扇形束卷积滤波反投影算法31-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 复合材料板超声层析成像缺陷检测的有限元仿真36-56
• 4.1 复合材料板超声层析成像有限元仿真36-45
• 4.1.1 单元类型选取36-37
• 4.1.2 复合材料板三维仿真模型建立37-39
• 4.1.3 超声激励信号的产生和加载39-42
• 4.1.4 网格划分与分析求解42-44
• 4.1.5 后处理与结果分析44-45
• 4.2 兰姆波走时信号提取与图像重建45-54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 复合材料板超声层析成像缺陷检测实验研究56-71
• 5.1 实验系统设计56-60
• 5.2 实验操作流程60-61
• 5.3 实验数据分析与处理61-65
• 5.4 图像重建及结果分析65-69
• 5.5 本章小结69-71
• 第六章 结论与展望71-74
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 后续工作展望72-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士期间取得的研究成果79-80

【参考文献】

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本文编号：761513