航天材料工艺性能检测和失效分析中心 金属薄板多通道超声自动检测系统

<正>应用范围:金属薄板是航天型号产品研制生产用的重要原材料之一。主要用于运载火箭系列的贮箱、包带、整流罩等多种型号的产品中。本系统可适用于多种规格金属薄板的自动、快速无损检测,应用前景十分广阔。检测系统技术特点①采用创新设计的金属薄板多通道超声自动检测系统,通过超声纵波穿透法检测金属薄板,解决了金属薄板中分层性缺陷     

金属薄板材料冲击性能研究进展

金属薄板材料已广泛应用于航空、航天、汽车和船舶等工程结构的生产和制造,对于金属薄板材料冲击性能的研究也受到了国内外学者和工程界的高度关注。本文综述了近年来金属薄板材料冲击性能的试验研究,分析了金属薄板材料冲击性能的表征方法,归纳了金属薄板材料冲击性能的有限元仿真技术,明确了研究中尚未解决的问题,需要进一步探索。     

航发高温内腔温度场模型的建立与仿真分析

航空发动机内腔温度高、变化快，传统接触测试方法需要破坏结构或加载传感器于内腔获取温度数据。针对这种高温测量应用需求，从热传导和热弹性理论出发，理论分析了温度场作用下的钢质薄板变形特性。基于热弹性的基本方程和边界条件，研究了符合轴对称原则的金属薄板的应力、应变、位移、温度之间的数学关系，建立了多项式方程求解金属薄板温度位移模型。依据金属薄板材料参数和边界约束条件，有限元仿真分析了金属薄板的热变形状态，仿真结果与建立的模型计算数据比对验证基本一致，初步验证了温度计算模型的可靠性，为微变形内推温度测量提供可能。     

CFRP复合材料层板缺陷的红外热波成像检测方法

针对CFRP复合材料层板缺陷无损检测与评价的红外热波成像检测方法、热波信号处理、缺陷判定和识别及红外热波成像检测POD分析等进行了系统介绍,分析了各种红外热波成像检测方法的应用与优势、适用性及局限性等,重点介绍了红外热波成像方法应用于CFRP复合材料层板缺陷检测的应用实例,并进一步阐述了复合材料缺陷红外热波成像无损检测的发展.     

航空透明件缺陷与结构参数的超声检测方法

航空透明件的质量对于飞行安全有重要影响。其特殊的材料性质、缺陷的复杂多样性以及需现场检测的特点，对其检测原理、方法及系统等提出了特殊要求。本文针对航空透明件中的常见缺陷模式及结构特点，结合所开发的计算机化专用外场检测系统，给出了利用超声波检测航空透明件缺陷及结构参数的原理和方法。典型实验证明了这些方法简单可靠，能够满足航空透明件在制造和维护过程中的检测要求。     

激光超声技术在无损检测中的应用

激光超声检测技术作为一种新兴的无损检测方法,以其非接触、点式检测及对复杂形状试件检测效率高等显著优势,逐渐进入了人们的视线。介绍激光超声技术的原理及优点,制作带预置缺陷的复合材料层压板试件,使用激光超声检测系统,分别采用穿透法和脉冲反射法两种手段对含有预置缺陷的复合材料层压板进行验证性检测,均能检出2mm的预置缺陷。通过与采用压电探头的传统超声检测系统的检测结果对比,表明激光超声检测系统可以达到和传统超声检测系统一致的检出率。     

固体药柱超声波特征扫描系统研制

对固体火箭发动机药柱的超声检测方法进行了研究,介绍了超声特征扫描成像原理及缺陷检测方法,研制了药柱超声波特征扫描系统,并用低频组合探头对药柱进行了检测.试验表明,设计的超声特征扫描系统可采用幅度成像、深度成像方法显示药柱的缺陷.     

无损检测模糊理论及其应用

断裂力学在工程中的应用,首先必须准确知道结构材料中的缺陷尺寸,但是由于无损检测的模糊不确定性导致检测出的缺陷尺寸(检测尺寸)与缺陷真实尺寸之间存在较大误差。本文对此进行了研究,建立了无损检测模糊理论,提出了缺陷尺寸与其检测尺寸之间的数学关系式,得到了在指定检测尺寸下的缺陷真实尺寸分布规律,给出了缺陷尺寸模糊分布、模糊区间估计和超标缺陷的隶属度,从而成功地解决了无损检测对材料缺陷进行有效的定量分析这一难题。基于该无损检测模糊理论,还将形成更加切合工程实际的模糊寿命预测、模糊断裂准则、模糊损伤容限设计、压力容器的模糊评定等一系列新的理论和方法。      

基于标样比对测试的固体火箭发动机工业CT检测工艺

针对固体火箭发动机CT检测缺少行业标准的问题,使用正密度材料块模拟界面脱粘缺陷和使用合金块模拟药柱内部缺陷来制作标样发动机,对标样发动机和实际发动机进行CT检测对比试验,并解剖取样验证。结果表明发动机CT检测和射线照相、解剖试验结果吻合,标样发动机设计满足研究需要。同时确定了工业CT系统发现缺陷的最小能力:脱粘面积20 mm×20 mm,宽度0.4 mm,气孔和夹杂直径5 mm,裂纹宽度0.4 mm。建立检测标准规范了固体火箭发动机CT检测工艺。     

焊接接头典型缺陷的数字X射线尺寸测量技术

为了准确测量焊接接头典型缺陷的尺寸,提出了一种基于半波高法(HWH)的焊接接头缺陷数字射线尺寸测量技术。首先,分析了数字射线检测系统的调制传递函数(MTF),确定了检测系统的空间分辨率。其次,对焊接接头的典型缺陷进行模拟,通过半波高法测量其尺寸。结果表明:依据瑞利判据,运用双丝像质计测定该检测系统的空间分辨率为4.5 Lp/mm;运用该方法测量焊接接头缺陷尺寸,与实际尺寸基本相符,误差小于6.3%,该方法避免了人为因素的影响,精度可满足日常产品的检测需求。     

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。     

热振环境下钛合金薄壁结构疲劳寿命

由于钛合金薄壁结构长时间在飞行热振环境下结构内部产生不断变化的应力,可能引起结构疲劳失效,因此借助振动试验台搭建了高温振动疲劳测试系统,测定了20、150℃和300℃温度条件下钛合金悬臂薄板结构的随机振动S-N疲劳曲线,并建立了上述温度条件下钛合金悬臂薄板结构的疲劳寿命预测表达式,根据其计算得到的预测寿命与试验件的实际寿命相比误差较小,300℃、45.36 MPa应力水平下误差仅为3.76%。该方法可用于高温随机振动载荷作用下结构的疲劳性能和寿命预测研究。     

基于压缩感知的金属加筋板兰姆波健康监测技术

针对大型复杂板结构安全评价需要，发展了一种基于压缩感知的金属加筋板结构兰姆波健康监测技术。利用压缩感知技术从稀疏阵列得到的少量检测数据中恢复出加筋板结构中兰姆波的频散特性，并提出了一种将余弦相似度和皮尔森相似度相结合的稀疏阵列兰姆波复合成像方法，以实现加筋板结构中大范围缺陷检测和成像。实验结果表明，压缩感知技术可以恢复出金属加筋板中兰姆波的频率-波数关系，提出的兰姆波复合成像方法能够实现金属加筋板中单缺陷和多缺陷的检测及定位。研究工作为复杂板结构损伤检测提供了一种可行的技术方案。     

悬臂边界下纤维增强复合薄板固有频率计算及验证

采用理论与实际相结合的方式,对悬臂状态下纤维增强复合薄板的固有频率进行了计算及验证.首先,针对纤维增强复合薄板的结构特点,考虑了纤维方向的影响,对其进行了理论建模.然后,基于正交多项式法来表示振型函数,并通过Ritz法对该类型复合薄板的固有频率进行求解.最后,搭建了该类型复合薄板结构的固有特性测试系统,并以TC500碳纤维/树脂基复合薄板为例,对其固有频率进行了测试.验证结果表明:基于正交多项式法的纤维增强复合薄板固有频率计算结果与实验结果的相对误差在2.2%~9.7%之间,进而验证了所提出的固有频率计算方法的正确性.      

飞机喷口滑油泵斜盘操控性能的试验系统研制与调试

为在规定的θ-P试验条件下检测斜盘操控性能,喷口滑油泵测试液压系统中设置了3个固定孔径的节流器.通过对斜盘扭矩测试的试验方法、步骤及试验设备的介绍,以正向节流孔参数确定为例,建立了系统压力P与油泵斜盘角度θ的方程式,并通过标准泵的预置节流孔试验,获得了与油泵和节流孔结构形状有关的系数.再采用维算-试验测试-对比修改的试...     

二维弹性扑翼沉浮运动流动特性的数值研究

采用非定常势流板块法和Euler-Bernoul1i梁振动微分方程,对后缘带弹性薄板的翼型在作沉浮运动时翼型绕流和薄板弹性振动之间的流-固耦合过程进行数值模拟,并计算流动特性、非定常气动载荷,尤其是沉浮运动的推力效应.用有限差分法求解薄板的弹性变形运动,气动弹性分析采用弱耦合迭代方式.通过对翼型非定常气动力(升力和推力)、推进效率、尾迹脱落涡计算结果的分析发现,通过调整弹性薄板的刚度,可以使得翼型产生最佳的非定常推力.     

圆板混合边值问题的一种数值方法

 利用弹性薄板的广义变分原理和双调和方程的特解序列,提出了一种求解圆板混合边值问题的数值方法。最后通过两个实例计算说明该方法的收敛性和可靠性。     

可控枝晶生长法制备二维多孔金属

将分形几何与电化学原理相结合,编程模拟了射流电沉积中枝晶的分形生长。以平行板金属镍为阳极,石墨板为阴极,用自行设计的实验设备,通过定点喷射电沉积法制备了二维分形的镍枝晶,并采用扫描喷射电沉积法成功地改变了枝晶的分形生长,实现了枝晶的可控交织生长,进而制备了二维多孔金属材料。结果表明,扫描喷射电沉积是可以成功制备多孔金属,从而为高性能多孔金属材料的制备提供了一种全新的方法。     

基于非线性压缩变换的纤维增强复合薄板非线性阻尼的时域测试方法

提出了基于非线性压缩变换的纤维增强复合薄板非线性阻尼的时域测试方法。基于非线性压缩变换构造了理论分析信号,并推导获得了复合结构系统非线性阻尼的表达式,明确了从时域测试角度获取非线性阻尼参数的理论原理。编写了Matlab算法,并用数值算例证明了该算法的正确性。总结并概括出一套合理、规范的测试流程,并对TC500碳纤维/树脂基复合薄板进行了实际测试。实践证明,利用所提出的方法可以有效获得复合薄板在不同衰减时刻对应的阻尼参数,该方法可以用来定量评价不同振动幅值及频率下复合结构的非线性阻尼特性。