复合材料激光超声波传播特性及缺陷识别方法研究

发布时间：2023-01-29 18:05

　　纤维增强复合材料及结构因其优异的力学承载性能和多功能特性在航空航天,船舶海洋等工程领域得到了越来越广泛的应用,然而此类材料在制备和服役过程中易形成损伤和缺陷,从而影响其相关力学性能,增加结构在服役中提前失效的风险。针对工程需求量不断上升的复合材料及结构来说,对其制造以及使用过程进行无损检测和定期维护至关重要。相比于传统无损检测方法,激光超声检测法具有非接触、分辨率高、检测精度高、自动化程度高等优异特点具有广泛的应用前景。目前国内外对于该技术的研究,特别是激光超声检测技术应用于复合材料及结构方面,尚处于起步阶段。本文主要针对纤维增强复合材料及结构的特点,基于弹性力学和热力耦合相关理论,采用有限元数值方法,系统开展复合材料及结构激光超声波传播特性及缺陷识别方法研究。首先,介绍了激光激发超声波的基本理论,简述了该方向弹性力学、激光辐照等效热源模型、热力耦合等相关理论和数值计算方法。基于此,采用完全热力耦合方法,对激光激发碳纤维复合材料层合板的超声波传播过程进行了仿真模拟,分析了超声波在复合材料单层板不同方向的传播特性,讨论了层合板厚度和铺层方式对超声波传播特性的影响,并通过与前人文献中的仿真... 

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 .研究的背景和意义
    1.2 .国内外研究进展及现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章 激光辐照下热弹理论及计算力学方法
    2.1 激光超声检测技术简介
        2.1.1 激光超声的激发机制
        2.1.2 激光激发超声波的类型
        2.1.3 激光超声的试验设备
    2.2 激光激发超声波的基本理论
        2.2.1 弹性力学基本理论
        2.2.2 热力耦合基本理论
    2.3 激光超声热力耦合的计算力学方程
    2.4 本章小结
第三章 复合材料激光超声传播特性仿真模拟
    3.1 仿真参数设置
        3.1.1 脉冲热激励的设置
        3.1.2 增量步与网格尺寸的选取
        3.1.3 复合材料建模
        3.1.4 网格收敛性分析
    3.2 复合材料单层板超声传播特性
    3.3 复合材料层合板超声传播特性
        3.3.1 厚度对超声波传播的影响
        3.3.2 铺层角度对超声波传播的影响
    3.4 仿真结果可靠性对比
    3.5 本章小结
第四章 复合材料层合板损伤检测
    4.1 面内损伤
        4.1.1 缺陷宽度对检测结果的影响
        4.1.2 缺陷深度对检测结果的影响
        4.1.3 损伤形状的确定
        4.1.4 两个面内损伤时的损伤定位
    4.2 分层缺陷
        4.2.1 不同分层缺陷深度对损伤检测的影响
        4.2.2 激励点不在缺陷水平面区域内的检测结果
    4.3 面内缺陷与分层缺陷共同存在
        4.3.1 激励点在x-5处时的检测结果
        4.3.2 激励点在x0处时的检测结果
        4.3.3 激励点在x5处时的检测结果
    4.4 本章小结
第五章 复合材料夹芯结构的损伤检测
    5.1 碳纤维复合材料蜂窝夹芯结构
    5.2 碳纤维复合材料金字塔点阵夹芯结构
    5.3 碳纤维复合材料编织波纹夹芯结构
    5.4 激光超声法与模态柔度法的对比与讨论
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于导波检测的带曲率复合材料板损伤识别技术研究[J]. 李鹤,张超,季宏丽,裘进浩.  国外电子测量技术. 2019(05)
[2]复合材料分层缺陷的激光超声检测[J]. 李圣贤,朱永凯,王海涛,徐成志.  无损检测. 2019(05)
[3]航空用纤维增强聚合物基复合材料无损检测技术的应用与展望[J]. 何方成,王铮,史丽军,刘颖韬,杨党纲,王晓.  无损检测. 2018(11)
[4]碳纤维复合材料激光超声可视化检测系统设计研究[J]. 刘霞,单宁,马晓峰,王少华,刘团结.  应用科学学报. 2017(06)
[5]先进超声检测技术的研究应用进展[J]. 周正干,孙广开.  机械工程学报. 2017(22)
[6]航天复合材料无损检测技术的发展现状[J]. 高铁成,郭恒飞,赵传阵,毕武,张微.  天津工业大学学报. 2017(01)
[7]超声导波检测技术的发展、应用与挑战[J]. 何存富,郑明方,吕炎,邓鹏,赵华民,刘秀成,宋国荣,刘增华,焦敬品,吴斌.  仪器仪表学报. 2016(08)
[8]先进无损检测技术在复合材料缺陷检测中的应用[J]. 周正干,孙广开,李洋.  航空制造技术. 2016(04)
[9]超声相控阵检测技术的发展及应用[J]. 靳世久,杨晓霞,陈世利,黄玉秋,郭薇.  电子测量与仪器学报. 2014(09)
[10]激光超声技术在航空碳纤维复合材料无损检测中的应用[J]. 张昭,肖迎春,李闵行,郭佳,王倩.  航空工程进展. 2014(03)

博士论文
[1]复合材料构件的超声无损检测关键技术研究[D]. 王洪博.北京理工大学 2014
[2]激光声表面波用于金属表面缺陷无损检测的研究[D]. 严刚.南京理工大学 2007

硕士论文
[1]2微米激光激励碳纤维复合材料产生超声波的研究[D]. 李贺.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于激光超声的钢桥面板损伤成像研究[D]. 高宝.哈尔滨工业大学 2017
[3]激光超声技术及其在金属无损检测方面的应用[D]. 李刚.华中师范大学 2004



本文编号：3732747