大曲率复合材料结构的缺陷特征与超声检测

采用超声回波法对大曲率碳纤维增强树脂基复合材料零件进行超声A 扫描,并对缺陷进行定位。结合缺陷区域和非缺陷区域的细观形貌金相图、宏观表面状态以及厚度测量结果的对比分析,讨论了缺陷形态与其回波波形特征的对应关系,以及缺陷可能的形成原因。结果表明,缺陷在细观尺度上呈现多处分层、气孔和孔隙密集缺陷,在宏观尺度上表现为零件表面贫胶与厚度增厚。缺陷的性质与超声A扫描的检测结果相吻合,缺陷的位置集中在零件大曲率部位,其形成原因与复合材料制造工艺密切相关。     

基于飞行时间的复合材料内部缺陷检测新方法（英文）

碳纤维增强聚合物复合材料因其优越的性能而被广泛应用于轻量化和高性能设计。复合材料的内部缺陷是决定其性能的主要因素,可靠有效的内部缺陷检测方法对复合材料的应用至关重要。无损检测（Non-destructive testing,NDT）方法由于其巨大的优点而得到了广泛的应用。虽然理论方法较为成熟,但针对具有复杂缺陷特征的复合材料而言,详尽和深入的试验研究尚为数不多。本文基于飞行时间（Time of flight,To F）对复合材料内部缺陷的进行了试验研究。首先建立了高斯回波模型和参数估计方法,基于此建立了测量的理论模型。然后,引入距离幅度校正（Distance amplitude correction,DAC）方法,有效地提高了信噪比（Signal-to-noise ratio,SNR）,降低了测量过程中的信号失真。再次,采用To F有效确定内部缺陷的深度。最后,将所提方法应用于复合材料的气孔缺陷和抗冲击性能的试验研究,以及不同厚度物体的气孔缺陷检测。相应的实验结果证明了所提方法的有效性。     

紫外固化环氧树脂复合材料及其修补性能研究

为了推进紫外固化技术在树脂基复合材料的制备及结构修补中的应用,制备了紫外固化环氧树脂基复合材料并进行力学性能测试和微观组织分析。在此基础上,采用紫外固化复合材料对含人工缺陷的层合板试样进行了修补。结果表明,与热固化复合材料相比,采用紫外固化技术制备的复合材料具有良好的综合力学性能,复合材料中树脂基体与纤维之间结合良好;紫外固化复合材料制成的修补贴片对缺陷试样的修补效果显著,修补后试样的拉伸强度可以达到标准试样的84.1%,是缺陷试样的1.21倍。实验证明采用紫外固化复合材料修补贴片对缺陷进行修补是一种快速、有效的修补方法。     

CFRP层压板缺陷同侧空气耦合超声兰姆波特征成像检测研究

为了实现飞机碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)层压板在役检测,采用同侧空气耦合超声兰姆波特征成像检测的方法对其缺陷进行检测。通过0.4 MHz空气耦合超声换能器在CFRP层压板同侧激励和接收A0模态兰姆波,以2个相互垂直的方向对缺陷部位进行D扫描。基于时域、频域、时频域的方法构建损伤指数,以此作为兰姆波特征成像的特征参量,通过对损伤指数进行全乘数据融合。研究结果证实该方法可以得到CFRP层压板缺陷的特征图像,实现缺陷的定位和定量。     

直升机复合材料尾桨叶疲劳试验研究

本文采用单点疲劳试验加载方法实现直升机复合材料尾桨叶疲劳试验挥舞、摆振、扭转方向的交变载荷协调加载，与以往多点、多向桨叶疲劳试验加载方法相比，试验设备简单，调试方便，可以达到较高的精度。复合材料桨叶在生产过程中常常在其内部带有气泡等缺陷，使得桨叶生产报废率偏高。本文主要研究这些缺陷对复合材料桨叶疲劳寿命的影响。疲劳试验结果表明，存在一定气泡缺陷的复合材料桨叶仍能满足规定的疲劳寿命。     

复合材料层板超声检测缺陷评定方法分析

碳纤维增强树脂基复合材料的接触式超声检测,对大于探头直径的缺陷常采用半波高法评定大小,但各检测标准均没有对半波高法的基准波进行规定。采用不同基准波评定缺陷可能会造成缺陷评定结果不同,从而直接影响制件验收。本文采用理论分析与实际检测相结合的方法,对复合材料检测中常采用的以底面回波为基准波和以缺陷回波为基准波两种缺陷评定方法进行分析,比较了两种方法测量结果的差异,给出了复合材料层板接触式超声检测缺陷评定方法的建议。     

先进的超声可视化成像检测技术及其应用

通过先进的可视化成像检测技术可以准确地获取材料及其结构内部缺陷大小、位置以及三维分布特征。在众多的可视化成像无损检测方法中,超声成像检测方法是一种已经在复合材料、焊接等领域得到广泛应用的可视化成像检测技术,通过超声B-、C-、T-扫描以及三维投影成像,可以揭示材料及其结构中缺陷和微结构的三维量化分布。本文介绍了基于超声成像检测方法的典型检测应用及结果。     

航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在切削过程中的各向异性行为研究

单向层合结构的高强度碳纤维增强树脂基复合材料已逐渐发展成为航空承力结构件的主要材料,相关的切削加工需求也越来越多。由于显著的各向异性,单向层合结构的碳纤维复合材料易在切削加工中形成缺陷,难切削加工性明显。采用直角自由切削试验的方法,得到了T700航空高强度碳纤维单向层合结构复合材料在不同纤维方向角下的切削力、切削比能、切削温度、切削加工表面。基于试验结果讨论了碳纤维单向层合材料在切削过程中力热行为的各向异性,得到了不同切削参数条件下的切削比能图谱以及碳纤维复合材料的切削热源和传导模型。通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)分析了典型切削加工表面的特征,得到了不同纤维方向下的表面形成规律。     

三维编织复合材料圆柱壳轴压下的屈曲分析

根据边界层理论,采用奇异摄动法,考虑非线性前屈曲、大挠度和初始几何缺陷的影响,分析在固支条件下,三维四向编织复合材料圆柱壳在轴压下的屈曲和后屈曲性态,讨论了纤维体积含量、几何参数等因素对圆柱壳屈曲的影响.结果表明,纤维体积含量、编织角和初始缺陷对编织复合材料圆柱壳的影响是不可忽视的.     

碳纤维复合材料高质量制孔工艺

制孔质量是导致碳纤维复合材料产品报废的重要因素.本文从机械加工的角度,论述了碳纤维复材产品制孔工艺过程中的主要缺陷及其形成机理.为解决这些缺陷,根据其形成机理,设计了相关对比工艺试验.在试验验证的基础上,提出了碳纤维复合材料高质量制孔的工艺参数.     

B2-RuAl合金基本物性及电子结构计算

采用第一原理赝势平面波方法，计算B2型RuAl金属间化合物的平衡晶格常数、形成热、弹性常数以及点缺陷形成能，与其它计算方法和实验测试的结果进行比较。点缺陷形成能的分析结果表明：富Ru合金出现Ru反位缺陷，富Al合金出现Al反位缺陷。对于上述计算结果，还基于晶体总的电子态密度与各原子分波态密度等电子结构方面的信息对其进行初步分析。     

故障诊断专家系统中的模糊推理方法

分析了在构造机械加工故障诊断专家系统时领域知识的不确定性，认为国在故障诊断领域，专家的思维逻辑以及大部分领域知识反映的事物的模糊性而不是随机性，由此提出了基于模糊集理论的模糊诊断方法。利用隶属度和模糊综合评判的概念和方法有效地处理了领域知识描述和诊断推理中的不确定性问题，指出了在模糊推理模型中，模糊诊断权矩阵是专家诊断知识和诊断经验的集中体现，并且给出了确定初始诊断权矩阵的方法。     

Real-Time Electrostatic Monitoring of Wear Debris for Wind Turbine Gearbox

Engineering practice has shown that early faults of gearboxes are a leading maintenance cost driver that can easily lower the profit from a wind turbine operation.A novel oil-lubricated electrostatic monitoring of wear debris for a wind turbine gearbox is presented.The continuous wavelet transform(CWT)is used to eliminate the noises of the original electrostatic signal.The kurtosis and root mean square(RMS)values of the time domain signal are extracted as the characteristic parameters to reflect the deterioration of the gearbox.The overall tendency of electrostatic signals in accelerated life test is analyzed.In the eighth cycle,the abnormal wear in the wind turbine gearbox is detected by electrostatic monitoring.A comparison with the popular MetalScan monitoring is given to illustrate the effectiveness of the electrostatic monitoring method.The results demonstrate that the electrostatic monitoring method can detect the fault accurately.     

复杂结构的非线性检测

由于非线性系统的复杂性,现有的各种非线性检测方法都有局限性。从频域、幅域和时域三方面综合考察复杂结构的非线性表现,采用六种方法进行非线性检测,给出一个综合描述系统非线性程度的指标－非线性因子。鉴于非线性系统表现出的非线性强弱与系统所受的激励有直接的关系,将非线性因子定义为与激励的幅值特性和频率特性相关的系数指标。对几种典型非线性系统的仿真模型进行了检测,以验证非线性因子的有效性。     

基于模糊逻辑的航空发动机虚拟传感器

在双通道的发动机控制系统中，未超过故障阈值的传感器慢漂移故障难以隔离，且在故障检出前影响控制系统的反馈信号。引入机栽自校正实时模型作为第三通道的虚拟传感器，并提出模糊隶属度加权和动态阈值技术以获得可靠的传感器适应值，实现双余度系统中失效传感器的检测和隔离。仿真结果表明，这种方法能可靠地改进适应信号，将由于传感器故障引起的发动机控制系统扰动抑制到0．2％以内，并能避免失控。     

麻花钻磨损振动信号的时域与频域特征分析

本文提出采用振动信号监测钻削过程中钻头的磨损状态。对主轴振动信号随钻头磨损而变化的时域和频域特征进行了实验研究和理论分析。实验表明:振动信号能够较好地反映切削过程中刀具的状态。随着刀具磨损的增加,振动信号的振幅增大,振动能量亦相应增加。信号的时域波形和谱结构表明刀具在即将发生剧烈磨损之前,将出现所谓“转速调制现象”,即与转速同步的振动信号被高频信号所调制。文中解释了这种现象发生的机理,并提出利用该特性进行钻头磨损监测和预报的方法。建立了以APPLE—Ⅱ微型机为主体的刀具磨损监测系统,实际监测试验表明监测系统具有很好的应用前景。     

粗晶材料超声检测信号的小波变换去噪方法

本文研究多尺度小波分析方法在粗晶材料超声缺陷信号增强中的应用。在分析晶粒噪声和缺陷信号频谱分布的基础上，提出一种基于小波变换系数软阈值处理再重构的方法来提高信噪比。实验结果表明，该方法具有很好的去噪效果，增强了缺陷的检出率。     

基于自适应线性调频小波的多孔孔板气液两相流动态差压信号的时频分析研究

气液两相流在流动过程中表现出非平稳的特性,简单的频域分析或时域分析方法不能很好地分析信号的波动特性,所以引入了时频联合分析方法。时频分析能看到气液两相流差压信号的能量强度和密度的分布,通过多次实验发现泡状流时能量主要分布在10~35Hz 的高频段内,能量强度小;弹状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段和10~35Hz 高频带内,能量明显增大;塞状流时能量主要集中分布在0~5Hz 低频段内,能量强度是3种流型中最大的。为了研究气液两相流的动态特性,通过多孔孔板流量计在水平管气液两相流中采集得到不同流型的差压信号,采用自适应线性调频小波时频分析方法分析动态差压信号。具体步骤:首先分析信号的分解次数,残余的信号能量低于总信号能量的10%,即可认为被完全分解,对分解后的结果进行分析,得到不同流型的时频分布特征,具有很高的时频分辨率,时频谱图中显示出不同流型分量信号的时频分布特征;然后从时频谱图中提取3个特征值建立三维散点图,图中显示了信号特征值和流型之间的关系,并通过散点图分析不同特征值对气液两相流中信号的流型的影响,达到流型识别的目的。Chirplet 变换具有较高的时频分辨率,能消除噪声的干扰,信号的瞬时频率信息可以清楚地显示出来。     

基于Hilbert变换和跟踪滤波的正弦扫描数据处理方法研究

提出一种针对正弦扫描时间历程数据频谱后处理方法,此方法对控制仪驱动信号进行Hilbert变换获取时间-频率曲线,利用驱动信号与响应信号频率同步的特性,对响应信号进行跟踪滤波获取时间-响应幅值曲线,并最终获得响应信号的频谱。此方法不依赖振动控制仪和带有COLA通道的数据采集系统,并可有效避免正弦约减法等方法带来的泄露和精度不高等问题。     

直升机减速器故障齿轮振动信号特征研究

开展直升机减速器故诊断研究需要通过大量费用高昂的实验获取典型故障的信号特征。为降低实验费用,提出一种基于软件仿真获取直升机减速器故障齿轮时域信号特征的方法。仿真结果表明,采用该方法可以模拟减速器可能产生的振动信号。振动信号统计分析结果表明,可以通过振动信号的时域特征参数对故障的类型进行判断。