CFRP材料R區(qū)相控陣超聲表面適應(yīng)檢測研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP)R區(qū)的無損檢測是CFRP構(gòu)件質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。對CFRP材料R區(qū)進(jìn)行超聲檢測時(shí)，曲面形狀使聲波難以垂直入射，斜入射時(shí)層狀結(jié)構(gòu)和材料彈性各向異性導(dǎo)致缺陷定量檢測困難。為解決上述問題，本文研究基于對相控陣超聲采集數(shù)據(jù)迭代處理的超聲表面適應(yīng)法檢測CFRP材料R區(qū)。以T700/環(huán)氧樹脂T形梁為研究對象，結(jié)合試樣金相組織特征和準(zhǔn)確測量的材料彈性

2、常數(shù)建立相控陣超聲檢測模型對 R區(qū)分層缺陷超聲表面適應(yīng)檢測進(jìn)行研究，通過參數(shù)選取和陣元聲壓指向性校正實(shí)現(xiàn)了R區(qū)分層缺陷的定位和定量，并研究了超聲表面適應(yīng)法對R區(qū)不同位置缺陷的檢測能力。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.基于各向異性介質(zhì)聲傳播理論，通過搭建角度旋轉(zhuǎn)測試裝置，并結(jié)合信號互相關(guān)處理和模擬退火優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)了T700/環(huán)氧樹脂CFRP單向板彈性常數(shù)高精度測量，得到彈性常數(shù)C11、C13、C33、C44和C66的數(shù)值分別為12.88

3、 GPa、6.39 GPa、126.83 GPa、4.85 GPa和2.97 GPa。在此基礎(chǔ)上，通過T形梁試樣金相分析和彈性常數(shù)矩陣變換建立了鋪層順序?yàn)閇45°/90°/-45°/0°]5、R區(qū)曲率半徑5 mm的L形CFRP試樣相控陣超聲檢測模型。
　　2.利用所建模型對R區(qū)深度1.5 mm，周向長度4.5 mm分層缺陷的相控陣超聲表面適應(yīng)檢測進(jìn)行研究。與電子掃描結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，采用超聲表面適應(yīng)法可實(shí)現(xiàn)聲波垂直試樣R區(qū)表面入射，避

4、免B掃描圖像中試樣表面和缺陷成像的彎曲以及偽缺陷的產(chǎn)生，且相較電子掃描具有更高的缺陷信噪比，5 MHz頻率下，時(shí)域信號缺陷信噪比由8.9 dB提高至29.3 dB。
　　3.檢測參數(shù)選取不當(dāng)造成表面適應(yīng)檢測時(shí)試樣兩側(cè)直板表面和層間界面反射回波過強(qiáng)，難以對分層缺陷定量。通過調(diào)整檢測頻率或探頭距R區(qū)圓心高度避免了干擾反射回波的影響，并通過對陣元入射聲壓進(jìn)行指向性校正提高了缺陷周向長度定量準(zhǔn)確性。經(jīng)參數(shù)選取和指向性校正后，采用超聲表面適