CFRP构件R区相控阵超声检测原理和方法研究

发布时间：2023-05-03 11:06

　　碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)因其轻质、高强和可设计性强等特点,越来越多地代替金属用于飞机的承力构件。这些大尺寸构件普遍形状复杂,其拐角区域(即R区)是制造和服役阶段的薄弱环节。借助无损检测技术及时检出R区内部缺陷,是实现CFRP构件质量控制的重要手段,其中相控阵超声检测(Phased Array Ultrasonic Testing,PAUT)技术被认为是最具发展潜力的技术之一。相比于均质各向同性金属材料,复杂形状CFRP构件R区具有明显的弹性各向异性和非均质性,具体表现为:声速不是恒定值,而是随传播方向在约3000～9000 m/s的范围内变化。在不同纤维方向铺层之间的界面处,声学特性失配,倾斜入射至该处的超声波将改变传播方向和声速。同时,R区纤维方向沿曲面形状连续变化的特征,导致声速分布还随位置变化,单铺层内部的声传播路径呈曲线。复杂几何形状、多层结构和弹性各向异性三因素间的耦合作用,导致声传播路径复杂难以预测,R区声传播机理不清。针对上述难题,本文围绕声学建模仿真、声线示踪方法和全聚焦成像检测三方面开展研究...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 CFRP构件无损检测国内外研究现状
        1.2.1 常用无损检测技术
        1.2.2 超声检测难点分析
        1.2.3 常规超声检测技术
    1.3 CFRP构件相控阵超声检测国内外研究现状
        1.3.1 垂直入射检测技术
        1.3.2 声学建模仿真方法
        1.3.3 声线示踪方法
        1.3.4 全聚焦成像检测技术
        1.3.5 现有研究存在的问题
    1.4 本文研究思路和主要内容
2 实验材料与方法
    2.1 CFRP试样及其声学特征参量测量
        2.1.1 试样制备
        2.1.2 微观结构观察分析
        2.1.3 弹性常数测量
    2.2 CFRP试样相控阵超声检测实验
        2.2.1 试样人工缺陷制备
        2.2.2 实验设备
        2.2.3 实验方法
3 CFRP构件声学建模仿真
    3.1 各向异性弹性波理论
    3.2 CFRP构件声学建模原理
        3.2.1 CFRP平板建模
        3.2.2 L形CFRP层合板建模
    3.3 CFRP构件有限元模型
    3.4 声传播行为模拟分析
        3.4.1 CFRP多向平板声传播行为模拟结果
        3.4.2 L形CFRP多向板声传播行为模拟结果
    3.5 本章小结
4 基于Dijkstra最短路径搜索算法的CFRP构件声线示踪方法
    4.1 CFRP单向平板声线示踪
    4.2 平板和L形各向同性构件声线示踪
    4.3 CFRP多向平板声线示踪
    4.4 L形CFRP多向板R区声线示踪
    4.5 底面反射法实验验证声线示踪方法
        4.5.1 CFRP多向平板底面反射法实验结果
        4.5.2 L形CFRP多向板R区底面反射法实验结果
    4.6 本章小结
5 声线示踪和全聚焦相结合的CFRP构件相控阵超声成像检测
    5.1 CFRP多向平板相控阵超声成像检测实验结果与讨论
    5.2 L形CFRP多向板R区相控阵超声成像检测实验结果与讨论
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3806670