C/SiC复合材料的空气耦合超声检测研究
发布时间：2021-11-10 00:15
碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料（Carbon Fiber Reinforced Silicon Carbide Ceramic Matrix Composites,简称C/SiC复合材料）是一种极具发展潜力的耐高温结构材料,为了保证产品质量,需要对其进行无损检测。实践表明,超声检测技术适用于该材料的无损检测,但由于该材料在检测中不能使用传统的液体耦合剂,因此只能采用非接触式的空气耦合超声检测技术（Air-Coupled Ultrasonic Testing,简称ACUT）。鉴于该材料用途特殊,国内外对该材料的空气耦合超声检测缺乏系统、深入的研究报道。本文对C/SiC复合材料内分层、孔隙型缺陷的检测技术进行研究,主要内容及结果如下:（1）利用多元高斯声束模型对4款探头声场进行解析描述,并根据空气衰减因素对声场进行修正。设计声场测量系统测量探头声场,并分析了声场对缺陷的检测效果的影响,结果表明,在穿透能力允许的情况下,选择高频聚焦探头可获得更高的检测精度,且应使试样处于声束聚焦位置。利用该系统将试样边缘的衍射声场可视化,分析空耦超声盲区产生的具体过程,给出相应的防范措施。（2）利用接触式超...
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 陶瓷基复合材料及其无损检测概述
1.1.1 C/SiC复合材料无损检测的必要性
1.1.2 C/SiC复合材料的无损检测方法
1.2 空气耦合超声检测技术概述
1.2.1 空气耦合超声检测技术简介
1.2.2 空气耦合超声的关键技术简介
1.2.3 空气耦合超声检测技术在CMC上的应用
1.3 论文研究的背景与研究内容
第二章 空气耦合超声的声场
2.1 前言
2.2 空气耦合超声探头声场模拟
2.2.1 多元高斯声束模型简介
2.2.2 空气耦合超声探头声场模拟
2.2.3 考虑空气衰减因素的探头声场模拟
2.3 探头声场测量
2.3.1 测量方案
2.3.2 结果及分析
2.3.3 检测结果与声场的关系
2.4 声场的边缘衍射效应
2.4.1 衍射声场测量方案
2.4.2 衍射声场测量结果
2.4.3 结果分析
2.5 本章小结
第三章 C/SiC复合材料空气耦合超声检测
3.1 前言
3.2 材料声学参数测定
3.2.1 材料生产工艺简介
3.2.2 基于接触式超声的材料声学参数测量
3.2.3 空气耦合超声测量材料声速
3.3 穿透式空耦超声检测基础
3.3.1 入射角度的影响
3.3.2 频厚积的影响
3.3.3 分层及孔隙对超声传播的影响
3.4 C/SiC复合材料穿透式空耦超声检测
3.4.1 检测系统简介
3.4.2 系统的检测参数
3.4.3 C/SiC复合材料的检测
3.4.4 线性调频脉冲压缩技术的应用
3.5 本章小结
第四章 空气耦合超声信号的时频分析
4.1 前言
4.2 信号的时域特征分析
4.3 信号的频谱分析
4.3.1 奇倍频现象分析
4.3.2 提高频谱精度的措施
4.4 信号的时频分析
4.4.1 时频分析方法的选择
4.4.2 HHT时频分析算法简介
4.4.3 模拟信号的时频分析
4.4.4 实际检测信号的时频分析
4.5 C/SiC复合材料不同状态处检测信号分析
4.5.1 试样的射线CT检测
4.5.2 试样的解剖结果
4.5.3 不同状态处信号的时频分析
4.6 本章小结
第五章 空气耦合超声信号数据分析软件设计
5.1 前言
5.2 BP神经网络的特性
5.2.1 BP神经网络的结构
5.2.2 BP神经网络的参数确定
5.3 C/SiC复合材料状态分类与检测信号特征提取方法
5.3.1 材料状态分类流程
5.3.2 从各阶IMFs提取特征值
5.3.3 从HHT时频图提取特征值
5.3.4 从信号时域和频域提取特征
5.4 C/SiC检测信号的神经网络识别与成像
5.4.1 基于IMFs特征值的状态识别
5.4.2 基于HHT时频图特征值的状态识别
5.4.3 基于时域频域组合特征值的状态识别
5.4.4 三种方法结果分析
5.5 空气耦合超声数据分析软件设计
5.5.1 MATLABGUI设计方法
5.5.2 软件结构框架
5.5.3 软件各功能模块设计
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空气耦合超声探头声场及其对检测的影响[J]. 吴君豪,何双起,罗明,吴时红,张颖. 宇航材料工艺. 2018(02)
[2]空气耦合式电容微超声换能器的设计与分析[J]. 张慧,赵晓楠,张雯,曾周末. 仪器仪表学报. 2016(10)
[3]空气耦合超声技术在航空航天复合材料无损检测中的应用[J]. 危荃,金翠娥,周建平,周正干,孙广开. 无损检测. 2016(08)
[4]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[J]. 陆铭慧,段涵呓. 玻璃钢/复合材料. 2016(06)
[5]针刺C/C-SiC复合材料剪切非线性本构关系[J]. 谢军波,方国东,陈振,梁军. 复合材料学报. 2016(07)
[6]空气耦合超声信号的小波阈值滤噪试验研究[J]. 刘奎,张冬梅,于光,刘卫平,周正干,马保全. 机械工程学报. 2015(20)
[7]基于显微CT技术的C/C-SiC复合材料孔隙率测量方法[J]. 江柏红,周金帅,高晓进,江玉朗. 宇航材料工艺. 2015(04)
[8]Cf/ZrB2-SiC复合材料的制备及抗热冲击性能[J]. 孙新,李军平,胡继东,张国兵,冯志海. 宇航材料工艺. 2014(04)
[9]空气耦合超声检测中脉冲压缩方法的参数选优[J]. 周正干,马保全,孙志明,周晖,黄姿禹,刘晶晶. 北京航空航天大学学报. 2015(01)
[10]商用航空发动机陶瓷基复合材料部件的研发应用及展望[J]. 高铁,洪智亮,杨娟. 航空制造技术. 2014(06)
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]冷轧带肋钢筋机械性能的智能预测方法与工艺参数优化研究[D]. 邢邦圣.中国矿业大学 2013
[3]基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统[D]. 张秀峰.清华大学 2005
硕士论文
[1]厚截面复合材料超声检测信号处理技术研究[D]. 金挺.浙江大学 2015
[2]纤维增韧陶瓷基复合材料超声检测关键问题研究[D]. 朱颖.南昌航空大学 2014
[3]钢轨超声波探伤信号的处理及分析[D]. 于威.哈尔滨理工大学 2013
[4]基于希尔伯特—黄变换的时频分析算法研究[D]. 王黎黎.西安电子科技大学 2009
[5]碳纤维、碳纤维复合材料的检测和研究[D]. 张晓燕.首都师范大学 2008
[6]海底输油管道超声检测信号的分析与缺陷评估的研究[D]. 蔡敏.上海交通大学 2008
[7]碳纤维增强树脂基复合材料孔隙率超声无损检测[D]. 罗明.大连理工大学 2007
[8]基于多元高斯声束模型的超声检测声场模拟[D]. 于连洋.哈尔滨工业大学 2006
[9]超声检测频域分析及对缺陷识别应用研究[D]. 蒋志峰.浙江大学 2004
[10]C/SiC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究[D]. 徐翔星.西北工业大学 2003
本文编号：3486184
【文章来源】：中国运载火箭技术研究院北京市
【文章页数】：120 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 陶瓷基复合材料及其无损检测概述
1.1.1 C/SiC复合材料无损检测的必要性
1.1.2 C/SiC复合材料的无损检测方法
1.2 空气耦合超声检测技术概述
1.2.1 空气耦合超声检测技术简介
1.2.2 空气耦合超声的关键技术简介
1.2.3 空气耦合超声检测技术在CMC上的应用
1.3 论文研究的背景与研究内容
第二章 空气耦合超声的声场
2.1 前言
2.2 空气耦合超声探头声场模拟
2.2.1 多元高斯声束模型简介
2.2.2 空气耦合超声探头声场模拟
2.2.3 考虑空气衰减因素的探头声场模拟
2.3 探头声场测量
2.3.1 测量方案
2.3.2 结果及分析
2.3.3 检测结果与声场的关系
2.4 声场的边缘衍射效应
2.4.1 衍射声场测量方案
2.4.2 衍射声场测量结果
2.4.3 结果分析
2.5 本章小结
第三章 C/SiC复合材料空气耦合超声检测
3.1 前言
3.2 材料声学参数测定
3.2.1 材料生产工艺简介
3.2.2 基于接触式超声的材料声学参数测量
3.2.3 空气耦合超声测量材料声速
3.3 穿透式空耦超声检测基础
3.3.1 入射角度的影响
3.3.2 频厚积的影响
3.3.3 分层及孔隙对超声传播的影响
3.4 C/SiC复合材料穿透式空耦超声检测
3.4.1 检测系统简介
3.4.2 系统的检测参数
3.4.3 C/SiC复合材料的检测
3.4.4 线性调频脉冲压缩技术的应用
3.5 本章小结
第四章 空气耦合超声信号的时频分析
4.1 前言
4.2 信号的时域特征分析
4.3 信号的频谱分析
4.3.1 奇倍频现象分析
4.3.2 提高频谱精度的措施
4.4 信号的时频分析
4.4.1 时频分析方法的选择
4.4.2 HHT时频分析算法简介
4.4.3 模拟信号的时频分析
4.4.4 实际检测信号的时频分析
4.5 C/SiC复合材料不同状态处检测信号分析
4.5.1 试样的射线CT检测
4.5.2 试样的解剖结果
4.5.3 不同状态处信号的时频分析
4.6 本章小结
第五章 空气耦合超声信号数据分析软件设计
5.1 前言
5.2 BP神经网络的特性
5.2.1 BP神经网络的结构
5.2.2 BP神经网络的参数确定
5.3 C/SiC复合材料状态分类与检测信号特征提取方法
5.3.1 材料状态分类流程
5.3.2 从各阶IMFs提取特征值
5.3.3 从HHT时频图提取特征值
5.3.4 从信号时域和频域提取特征
5.4 C/SiC检测信号的神经网络识别与成像
5.4.1 基于IMFs特征值的状态识别
5.4.2 基于HHT时频图特征值的状态识别
5.4.3 基于时域频域组合特征值的状态识别
5.4.4 三种方法结果分析
5.5 空气耦合超声数据分析软件设计
5.5.1 MATLABGUI设计方法
5.5.2 软件结构框架
5.5.3 软件各功能模块设计
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]空气耦合超声探头声场及其对检测的影响[J]. 吴君豪,何双起,罗明,吴时红,张颖. 宇航材料工艺. 2018(02)
[2]空气耦合式电容微超声换能器的设计与分析[J]. 张慧,赵晓楠,张雯,曾周末. 仪器仪表学报. 2016(10)
[3]空气耦合超声技术在航空航天复合材料无损检测中的应用[J]. 危荃,金翠娥,周建平,周正干,孙广开. 无损检测. 2016(08)
[4]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[J]. 陆铭慧,段涵呓. 玻璃钢/复合材料. 2016(06)
[5]针刺C/C-SiC复合材料剪切非线性本构关系[J]. 谢军波,方国东,陈振,梁军. 复合材料学报. 2016(07)
[6]空气耦合超声信号的小波阈值滤噪试验研究[J]. 刘奎,张冬梅,于光,刘卫平,周正干,马保全. 机械工程学报. 2015(20)
[7]基于显微CT技术的C/C-SiC复合材料孔隙率测量方法[J]. 江柏红,周金帅,高晓进,江玉朗. 宇航材料工艺. 2015(04)
[8]Cf/ZrB2-SiC复合材料的制备及抗热冲击性能[J]. 孙新,李军平,胡继东,张国兵,冯志海. 宇航材料工艺. 2014(04)
[9]空气耦合超声检测中脉冲压缩方法的参数选优[J]. 周正干,马保全,孙志明,周晖,黄姿禹,刘晶晶. 北京航空航天大学学报. 2015(01)
[10]商用航空发动机陶瓷基复合材料部件的研发应用及展望[J]. 高铁,洪智亮,杨娟. 航空制造技术. 2014(06)
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]冷轧带肋钢筋机械性能的智能预测方法与工艺参数优化研究[D]. 邢邦圣.中国矿业大学 2013
[3]基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统[D]. 张秀峰.清华大学 2005
硕士论文
[1]厚截面复合材料超声检测信号处理技术研究[D]. 金挺.浙江大学 2015
[2]纤维增韧陶瓷基复合材料超声检测关键问题研究[D]. 朱颖.南昌航空大学 2014
[3]钢轨超声波探伤信号的处理及分析[D]. 于威.哈尔滨理工大学 2013
[4]基于希尔伯特—黄变换的时频分析算法研究[D]. 王黎黎.西安电子科技大学 2009
[5]碳纤维、碳纤维复合材料的检测和研究[D]. 张晓燕.首都师范大学 2008
[6]海底输油管道超声检测信号的分析与缺陷评估的研究[D]. 蔡敏.上海交通大学 2008
[7]碳纤维增强树脂基复合材料孔隙率超声无损检测[D]. 罗明.大连理工大学 2007
[8]基于多元高斯声束模型的超声检测声场模拟[D]. 于连洋.哈尔滨工业大学 2006
[9]超声检测频域分析及对缺陷识别应用研究[D]. 蒋志峰.浙江大学 2004
[10]C/SiC陶瓷基复合材料的X射线无损检测研究[D]. 徐翔星.西北工业大学 2003
本文编号：3486184
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3486184.html
