碳纤维-铝多层结构胶接质量的超声检测

采用宽带窄脉冲超声换能器对树脂基碳纤维与铝板胶接质量进行检测,通过对采集的回波信号幅值、声时以及相位等因素的分析,找出回波信号与胶接缺陷形态的对应关系,提出针对树脂基碳纤维与铝多层结构胶接结构的超声检测方法。本文还通过对试块上预埋缺陷的检测确定了该检测方法的准确性,并运用红外热成像检测技术对检测结果的可靠性予以验证。     

碳纤维复合材料超声扫描分层检测及评价方法

由于碳纤维增强复合材料（CFRP）具有各向异性的特点,在其钻削加工中极易形成分层、撕裂以及毛刺等加工缺陷,而分层对碳纤维层合板构件的性能影响最大,因而建立一套准确的针对分层缺陷的检测、描述以及评价方法对层合结构碳纤维复合材料的有效应用具有重大意义。从分层缺陷的形成机理出发,通过对现有分层缺陷的检测以及评价体系的分析,提出了基于高频超声扫描显微镜（SAM）来进行分层缺陷检测评价的三维体积分层因子评价方法,并针对T800/X850碳纤维单向层合板对该方法进行了定征试验,最后通过对实际加工孔的分层缺陷的评价,综合对比了三维体积分层因子评价方法与传统评价方法的应用效果。结果表明：分层缺陷是由力热耦合引起的层间粘结失效,出口处更为严重;用超声扫描显微镜检测分层,可检测不少于8层的碳纤维复合材料,至少可以清晰表达5层的内部分层特征;分层会发生隔层传播,并且两个相邻铺层为同向的层间结合强度最好,不易产生隔层传播;三维体积分层因子可以更准确清晰地评价复合材料层合结构的内部缺陷。     

超声导波在大型薄铝板缺陷检测中的应用

 为了提高大型薄板超声检测的速度,研究了超声导波及其在大型薄铝板缺陷检测中的应用。推导了超声导波在大型薄铝板中传播的理论模型,分析了导波的波结构,设计并实践了导波检测薄铝板缺陷的方法。试验结果表明,若选取S0导波模式对1 mm薄铝板进行线扫描检测,在有缺陷的地方会出现明显的回波信号。根据缺陷回波与板端回波的传播时间差,可计算出缺陷的位置。缺陷越大,缺陷回波信号幅值越大。选择对缺陷灵敏度高的导波模式,导波法线扫描检测方式可以有效缩短检测时间,提高检测效率。     

航空复材构件R区相控阵超声检测研究进展

航空碳钎维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)构件通常具有几何形状复杂的R区结构,提高该区域缺陷检测质量对于保证航空构件的承载性能至关重要。本文结合声学建模及声传播规律仿真分析,确认了CFRP构件R区同时存在叠层、曲面及弹性各向异性3方面特点,导致超声波垂直入射难、声传播路径扭折、结构噪声强和声耦合效果差等问题。基于相控阵超声检测(Phased Array Ultrasonic Testing,PAUT)技术,针对R区尤其是变厚度、变曲率和变角度情况下缺陷检测难题,重点综述了换能器研发、基于信号后处理的超声成像、固体柔性耦合介质及辅助工装研发等方面的研究进展,分析了当前研究存在的主要问题及未来发展方向。     

某聚酰亚胺基复合材料构件R角内部缺陷研究

聚酰亚胺基复合材料由于其自身反应复杂,成型难度较大,带拐角的聚酰亚胺基复合材料构件,其拐角区域(以下称为R区或R角)更容易产生分层、架桥等缺陷,本研究从拐角处的应力及固化过程中的模具、零件热膨胀差异等方面着手,探讨了拐角处的分层缺陷的成因及机理,并通过试验进行验证。发现,铺层结构、模具形式、热匹配等因素对拐角处分层缺陷影响较大。     

L型构件R区的超声相控阵检测方法

 针对常规超声检测难以胜任L型构件R区检测的问题,开展L型构件的超声相控阵检测方法研究。利用超声相控阵声束灵活可控的优势,制定了线阵换能器检测L型构件R区的检测方案;基于Fermat原理,提出了相控阵检测多层介质的延迟时间计算方法;通过有限差分法数值仿真和检测试验,验证了相控阵检测方案和延迟时间计算方法的正确性;最后,对复合材料L型试样R区进行检测试验,检测结果与实际试样信息基本一致。研究结果表明,所提出的采用线阵换能器检测L型构件R区的检测方法是可行有效的。     

经验模态分解火箭发动机多界面粘结检测特征信号提取技术

针对固体火箭发动机在存放期间粘结界面易出现脱粘的情况,采用超声纵波对其一二界面粘结质量进行检测,得到的二界面脱粘缺陷回波信号通常混叠了一界面多次反射透射的信号,无法与一界面粘结信号区分。为了区分不同界面回波信号,选用EMD(经验模态分解)对回波信号分解,并根据相关性系数得到信号主导作用模态分量,提取其检测信号幅度特征,得到界面粘结情况,再根据时间确定粘结位置是一界面还是二界面。结果表明:通过EMD对超声回波信号的特征提取可以实现固体火箭发动机界面最小直径为4 mm的脱粘缺陷检测,同时有效地降低分析计算的数据量,为固体火箭发动机粘结检测提供一定基础。     

碳/ 环氧复合材料管形件超声底板反射检测法

新型运载火箭的推力支架使用碳/环氧复合材料管形件组装而成。针对该类管形件的成型工艺及特征,文章在对比了多种常用的超声检测方法的基础上,提出了复合材料管形件内部质量的底板反射检测方法。文中运用了超声C扫描系统,采用底板反射法对设计的人工缺陷及实际产品进行检测。结果表明,所采用的检测方法能够准确地检测出人工缺陷,并且可以有效地实现产品内部缺陷的检测。     

铺层结构对复合材料层合板拉伸性能的影响

设计并制备了6种不同铺层结构的层合板,通过对其进行拉伸试验,研究了不同铺层角度及不同铺层比例对层合板拉伸性能的影响。通过试验获得了6种复合材料层合板在拉伸试验中所能承受的极限拉伸强度,损伤特征以及载荷-位移曲线。结果表明:随着偏轴角增大,复合材料层合板拉伸强度逐渐降低,当45°和90°铺层体积分数相同时,45°铺层的层合板拉伸强度高于90°铺层的层合板;[0°/45°]铺层在表面可有效减小分层面积,由于内部剪切作用[0/90°]铺层更易出现分层。验证了复合材料层合板可通过改变铺层角度设计其力学性能。     

结构/阻尼一体化复合材料超声波检测方法

采用超声脉冲穿透法和超声脉冲反射法相结合,对结构/阻尼一体化复合材料产品开展超声无损检测方法研究。研究结果表明,超声检测可有效检测出结构/阻尼一体化复合材料产品中复合材料中的分层缺陷和复合材料与阻尼材料间的脱粘缺陷。     

航空制件超声检测中的声场特性分析

 针对航空制件超声检测中影响缺陷定量准确性的声场问题进行了深入讨论, 研究了脉冲波声场的计算方法, 设计了相应的计算软件并绘制出实用换能器声轴线上的声压分布曲线, 分析了不同材料和厚度的采样回波对频谱的影响, 比较了连续波声场和脉冲波声场的分布特性及异同点。研究结果为提高超声检测中缺陷定量的准确性和科学性提供了依据。     

CFRP夹层结构超声特征成像检测

采用便携式超声特征成像检测系统全波列采集检测信号,通过对缺陷特征信号的提取和重构,实现自动识别,可适用于曲面等不规则面的检测,定量精度达到0.1 mm。实验结果表明低频窄带超声换能器能够减小铜网对声波的衰减和畸变,超声特征成像层析成像方法可以对表面铜网结构CFRP泡沫夹层中分层、冲击和脱粘缺陷进行识别并精确定位和定量。检测方法快捷准确、重复性好、可靠性高。     

超声波换能器性能指标测试方法的研究

介绍了一种新的超声波换能器灵敏度的测试方法，排除了常规测试方法中仪器对它的影响。对超声波换能器的频率特性测试，采用了一种简便，经济，实用的方法，并给出了测试结果。     

动态间断装配法模拟斜激波壁面反射

基于非结构动网格技术和边界装配思想提出了动态间断装配法,该方法能够应用于求解含有间断的流动问题。无论入射激波还是反射激波都是作为边界进行处理,激波运动速度由兰金-许贡纽(Rankine-Hugoniot)关系确定。激波作为动网格的一部分,其运动由动网格技术实现。采用该方法模拟了超声速二维流场中激波与壁面相交问题,并且与捕捉法进行比较,二者的流场结构符合良好,但是在细节上还是存在明显差异。通过对流动结构的分析,得出采用装配方法得到的流场要优于捕捉方法的结论。激波壁面反射的问题模拟,也说明了边界激波装配方法对于复杂的激波相交问题是具有处理能力的。     

先进复合材料的无损检测

综合分析了碳纤维复合材料构件在成型和使用过程中造成的缺陷及损伤产生的原因,指出成型工艺原理和理论的非完美性、原材料因素、人为因素是复合材料成型过程中缺陷产生的主要原因。采用无损探伤技术对缺陷进行检测是复合材料构件质量保证的必要手段。对目前国内外用于复合材料构件的几种无损探伤方法进行了比较,认为超声法是复合材料常见缺陷检测的一种有效手段。并对超声检测技术的研究和应用进展进行了介绍。     

超声显微检测系统在涂层检测中的应用研究

主要介绍了超声显微检测系统的组成及原理，采用超声显微检测系统对特种涂层的内部质量进行了超声检测的应用研究。结果表明：该系统能检测出涂层内部的裂纹、气孔、涂层与基体脱粘等缺陷。采用超声瑞利波声透镜，可有效检测出涂层表面及亚表面的缺陷。检测过程中实时显示被测样品的A、B、C三种扫描图像，缺陷检测结果直观。     

激光超声技术在复合材料检测中的应用

激光超声检测技术采用脉冲激光照射的手段激励结构中的Lamb波,可以实现远距离、非接触式的Lamb波传播波场数据测量。针对复合材料在航空领域应用中所面临的安全和可靠性能评估问题,南京航空航天大学开展了基于激光超声技术的复合材料检测研究。采用信号处理方法提取了Lamb波传播特征参数,进行了复合材料的损伤成像、刚度参数识别和疲劳特性评估,取得了理论和试验验证上的进展,为航空领域的复合材料无损检测技术提供了新方法。     

复合材料粘接结构超声声谐振检测技术

分析了超声声谐振检测技术原理,采用该技术对编织石英/酚醛树脂复合材料粘接结构进行了检测技术研究.结果表明:采用所建立的超声声谐振检测装置,对于厚度为7和9 mm编织石英/酚醛树脂复合材料粘接结构可分别实现Ф10和Ф15 mm以上的脱粘缺陷检测.     

Al2O3陶瓷蠕动进给超声磨削加工表面质量的试验研究

为探索利用简单形状砂轮对陶瓷材料进行数控展成型面超声磨削,通过对Al2O3陶瓷进行蠕动进给超声磨削和机械磨削对比试验研究,探索各加工参数对磨削表面质量的影响规律.结果表明:超声振动方向与蠕动进给方向平行时可降低表面粗糙度值,而超声振动方向与蠕动进给方向垂直时则不利于改善加工表面质量;在超声磨削条件下,为了提高加工表面质量,应采取较小的磨削深度、较低的进给速度和适当高的磨削速度以及复合进给磨削方式.结合试验结果理论分析了蠕动进给超声磨削和蠕动进给机械磨削加工机理,并根据试验结果选择磨削参数进行了陶瓷叶片型面超声磨削的可行性试验.     

人工槽模拟GH4169涡轮盘表面裂纹缺陷的微磁检测

针对航空发动机涡轮盘表面裂纹缺陷,提出一种地磁场环境下的微磁无损检测(NDT)方法。磁化试验测得了广泛使用的镍基高温合金GH4169材料的磁化特性曲线,通过磁性分析,证明该材料的相对磁导率略大于空气的相对磁导率,为弱顺磁性物质。理论分析了微磁检测适用于涡轮盘试件的检测原理和缺陷处的磁异常特征,通过对预置人工槽缺陷的涡轮盘试块进行检测,验证了理论分析的正确性。检测结果表明,随着涡轮盘表面裂纹宽度和深度的增加,磁异常的宽度和峰值也相应增加,裂纹宽度相同时,深度越深,或者说深宽比越大,磁异常越明显,且裂纹产生的位置对定位精度存在一定的影响。该微磁检测方法为涡轮盘表面裂纹缺陷的有效检测提供了新的思路,能进一步推广应用于飞机发动机的其他部件,如转子叶片、涡轮轴等,以及飞机机身上具有相似磁学特性的材料的无损检测。