基于超聲背散射信號處理的碳纖維復(fù)合材料孔隙檢測研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料（Carbon Fibre Reinforced Plastics，簡稱CFRP）在航空航天、車輛制造、大型工程建設(shè)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在制造和使用過程中，CFRP內(nèi)部難免會出現(xiàn)缺陷，超聲檢測技術(shù)則是CFRP缺陷無損檢測的主要手段之一。隨著CFRP制造技術(shù)的進(jìn)步，含有厚截面和曲面變厚度等區(qū)域的CFRP構(gòu)件已經(jīng)逐漸得到使用，這使得傳統(tǒng)的復(fù)合材料超聲檢測手段及信號處理技術(shù)已很難再滿足這些構(gòu)件中某些部分的檢測精度要求。針對這些材

2、料的檢測難點(diǎn)，本文以CFRP超聲檢測的相關(guān)基金項(xiàng)目為依托，對厚截面CFRP和曲面變厚度CFRP孔隙缺陷的超聲檢測技術(shù)進(jìn)行研究，全文的研究工作及成果如下。
　　(1)對各類CFRP孔隙超聲檢測方法進(jìn)行分析，得到各方法的特點(diǎn)。同時采用金相實(shí)驗(yàn)法對論文涉及的CFRP的孔隙進(jìn)行觀察與分析，得到孔隙的形態(tài)與分布特征。根據(jù)上述分析結(jié)果提出了基于超聲背散射信號處理的厚截面CFRP和曲面變厚度CFRP孔隙檢測方法。
　　(2)對聲波在層狀粘

3、滯媒質(zhì)中的反射與透射進(jìn)行推導(dǎo)，得到聲波反射系數(shù)分布函數(shù)頻域模型。采用該模型對多層CFRP聲波反射系數(shù)進(jìn)行計算，得到超聲波在層狀CFRP中產(chǎn)生共振的條件及CFRP層數(shù)對共振的影響。進(jìn)一步采用該頻域模型對含孔隙層狀CFRP聲波反射系數(shù)進(jìn)行計算，得到孔隙含量和分布對超聲波共振的影響。同時，還對層狀CFRP超聲脈沖反射信號各成分特征進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上建立了超聲檢測信號的時域及頻域模型。
　　(3)提出了基于超聲背散射信號處理的厚截面CF

4、RP局部集中孔隙缺陷識別方法。根據(jù)超聲背散射信號特征將其劃分為近表面信號和遠(yuǎn)表面信號。針對近表面信號提出了基于共振結(jié)構(gòu)噪聲特征與基于共振結(jié)構(gòu)噪聲去除這兩種處理方法。針對遠(yuǎn)表面信號則主要提出了基于信號相關(guān)分析的小波變換模極大值去噪方法。采用上述方法對厚截面CFRP局部集中孔隙進(jìn)行識別，通過破壞性金相實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述信號處理方法的可行性。
　　(4)提出了基于超聲背散射信號提升小波分解處理的曲面變厚度CFRP孔隙缺陷識別方法。通過金相實(shí)

5、驗(yàn)測定了超聲檢測完畢的曲面變厚度CFRP試塊孔隙率，同時分析了超聲脈沖反射信號的特征。采用提升小波變換對超聲背散射信號進(jìn)行分解并分析得到了原始信號與各分解信號的特征。進(jìn)一步對原始信號與選出的分解信號的特征隨孔隙率的變化關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明最優(yōu)分解信號特征比原始信號特征能更好地表征材料孔隙率。
　　(5)提出了基于背散射信號能量特征的厚截面CFRP超聲C掃描成像方法和基于背散射分解信號能量特征的曲面變厚度CFRP超聲C掃描成像方法