电磁涡流技术应用于CFRP内部缺陷检测的方法研究

发布时间：2017-09-20 05:23

  本文关键词：电磁涡流技术应用于CFRP内部缺陷检测的方法研究

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【摘要】：碳纤维复合材料因其优越的性能逐渐地在工业生产、公共基础设施建设、航天航空以及体育器械等产业得到广泛的应用。但由于其生产过程中工艺复杂,编织成型过程中容易产生缺陷,导致应用碳纤维复合材料的成本过高,很难广泛普及。而且很多使用碳纤维复合材料的设备一般都应用在环境恶劣的地方,一旦碳纤维复合材料出现缺陷往往会造成严重的后果。因此对碳纤维复合材料进行缺陷无损检测显得尤为重要。对于碳纤维复合材料缺陷的检测方法目前有很多,例如红外检测、x射线检测、超声检测等,这些技术都达到了一定的检测效果。使用电磁涡流无损检测技术检测碳纤维复合材料的研究相对较少。本文基于电磁场理论和有限元分析仿真对碳纤维复合材料的电磁涡流检测展开研究。首先通过COMSOL Multiphysics对碳纤维复合材料与激励线圈的整个系统的三维模型进行搭建,分析系统中对碳纤维复合材料的缺陷敏感的参数。依据参数变化的规律进行缺陷检测的仿真,通过z轴磁通密度极值的相轨迹法分析仿真数据,提取碳纤维复合材料表面缺陷以及内部缺陷的表证信息。利用AMR磁性传感器以及三轴移动平台,搭建实验平台,验证仿真实验所得到的结果,确定碳纤维复合材料内部缺陷的检测方法。对碳纤维复合材料电磁涡流检测的有限元分析仿真可以指导碳纤维复合材料电磁涡流检测的研究。仿真实验得到的存在不同缺陷碳纤维复合材料的磁通密度分布图,展示了系统中相关参数的影响因素,并据此得到稳定有效的检测系统参数。在此基础上通过Z轴磁通密度极值的相轨迹法分析仿真实验结果,得到了碳纤维复合材料三种缺陷的表征信息,验证了此仿真实验有效且具有参考价值。本文所搭建的实验平台中应用了一种自主研发的激励线圈探头,经过实验证明该激励线圈具有更高的敏感度,能够提供更丰富的检测信息。经过大量的实验,将实验结果通过Z轴磁通密度极值的相轨迹法分析后得到的结果与仿真实验结果吻合,验证了电磁涡流检测技术可以很好的检测到碳纤维复合材料结构中的表面缺陷和内部缺陷。
【关键词】：碳纤维复合材料 电磁涡流无损检测技术 有限元分析
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 研究背景与意义8
• 1.2 电磁涡流无损检测技术概述8-13
• 1.2.1 电磁涡流无损检测技术的应用9-12
• 1.2.2 脉冲电磁涡流技术12-13
• 1.2.3 电磁涡流的特殊探针发展13
• 1.3 碳纤维复合材料概述13-16
• 1.3.1 复合材料简述13-14
• 1.3.2 碳纤维复合材料的应用14-16
• 1.4 碳纤维复合材料的各向异性概述16-18
• 1.5 本文研究内容18-20
• 第二章 电磁涡流无损检测技术应用于碳纤维复合材料的理论依据20-48
• 2.1 电磁涡流无损检测技术理论依据20-23
• 2.1.1 麦克斯韦方程组20-21
• 2.1.2 电磁涡流技术的工作原理21-23
• 2.2 基于COMSOL Multiphysics(?)的电磁场有限元分析23-48
• 2.2.1 电磁场有限元分析概述23-24
• 2.2.2 基于COMSOL Multiphysics的有限元仿真概述24-39
• 2.2.3 基于Z轴磁通密度极值的相轨迹法仿真实验分析39-48
• 第三章 硬件系统设计与调试48-64
• 3.1 AMR磁场信号检测系统48-56
• 3.1.1 磁场检测系统设计概述48-50
• 3.1.2 霍尼韦尔HMC1043工作方式50-52
• 3.1.3 基于AD620的差分放大电路设计52-54
• 3.1.4 激励信号发生装置与模拟电压数据采集装置54
• 3.1.5 空间定位三轴控制平台54-56
• 3.2 实验系统调试56-64
• 3.2.1 电磁涡流传感器线圈的设计56-60
• 3.2.2 线圈探头空间磁场传感器AMR校正60-64
• 第四章 电磁涡流磁场相位信息采集与缺陷表征提取64-70
• 4.1 电磁涡流磁场相位信息采集实验方法64-67
• 4.1.1 电磁涡流磁场相位信息采集实验概述64-66
• 4.1.2 实验结果66-67
• 4.2 内部缺陷表征提取67-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 总结70
• 5.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 发表论文和参加科研情况76-78
• 致谢78

【参考文献】

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本文编号：886149