基于导波监测的复合材料加筋结构冲击后剩余强度预测

对应用超声导波在线监测信息评估复合材料加筋结构冲击后剩余强度进行了研究。首先针对所监测的对象设计布置了压电传感网络并构建结构健康监测系统,通过局部信号差分系数计算出不同传感路径上的损伤指标,融合损伤概率成像方法识别损伤位置,测算形状因子以近似表征损伤尺寸。然后构建加筋结构有限元模型,由在线监测结果反馈损伤信息,采用软化夹杂法等效冲击损伤,依据复合材料损伤渐进失效分析理论,预测冲击后加筋结构的剩余极限强度。通过低速冲击、超声导波监测和压缩强度等一系列实验验证了所提出方法的有效性,为结构健康监测最高层次的应用提供基础。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

基于高频时钟驱动的CPLD超声相控发射电路仿真设计

对各阵元发射延时电路的精确控制是相控阵超声发射波束形成中的关键环节。设计了一种基于250 MHz高频时钟驱动的可编程逻辑器件(CPLD)高精度相控发射电路,通过使用格雷码计数器和流水线优化处理最终实现4 ns的相控发射分辨率。仿真结果表明,该相控阵发射电路能够达到很好的相控发射精度。     

基于幅度补偿的混凝土合成孔径聚焦成像方法

合成孔径聚焦技术(Synthetic aperture focusing technique,SAFT)通过叠加邻近多道通的回波信息,可增强目标缺陷的信号特征,被广泛应用于超声无损检测领域。对于大深度混凝土结构的无损检测问题,由于超声波的衰减作用明显,传统B扫描及SAFT方法的成像效果均不理想。为提高混凝土超声成像的质量,测定了混凝土中超声波传播的相对衰减系数,引入幅度补偿技术对微弱回波信号进行幅度补偿,然后再对补偿信号进行SAFT成像处理,进一步增强了超声成像效果。人工混凝土块实验表明,本文所提方法比传统成像方法具有更高的成像分辨率,底部缺陷反射更加清晰,同时内嵌铁管及木块的实验均验证了本文方法的有效性。     

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。     

高温合金小直径棒材超声检测新方法探讨

本文对直径小于１６ｍｍ的高温合金小直径棒材的检测方法进行了深入探讨,对爬波法和双晶轴向线聚焦法的探测结果进行了比较,指出双晶轴向线聚焦法是检测小直径棒材的有效方法。     

多向层合板中的脱层与超声检测成像

以碳纤维多向层合板结构的脱层现象为对象,本文解决了哪种情况是最有可能脱层,在什么临界条件容易出现脱层以及如何确定临界条件等问题.利用入射超声渡在碳纤维复合材料中产生的反射信息,分析反射回波的时间和回波幅频特性,利用坐标扫查器确定脱层方位,通过逐点扫描记录每一点声波特征,形成矩阵数据,绘成图像显示脱层区域的大小和方位,直观准确地再现了脱层的发生位置及大小.     

环形阵列超声换能器的全聚焦成像方法及其应用

在检测高衰减的大厚度构件时,相控阵超声声束在非聚焦区域的声能量损失严重,采用线阵或矩阵超声换能器的检测精度和最大检测深度常难以满足要求。首先,建立了合成声束三维声场分布模型,分析了不同阵列超声换能器的空间声场能量分布特点,发现环阵超声换能器在相同聚焦深度处的声场特性更好,同时具有阵元数量少、声束焦斑沿轴线中心完全对称等特点。然后,建立了一种采用环阵超声换能器的全聚焦方法（TFM,Total Focusing Method）,并基于试样群速度测量结果对各向异性材料中的聚焦算法进行了优化。在这种方法中将所采集到的全矩阵数据沿换能器中心轴线进行重建,可实现沿深度方向的逐点无穷聚焦。最后,利用所研制的阵列超声C扫描自动检测系统对预埋有缺陷的3D打印钛合金试样进行了对比检测实验,结果表明采用全聚焦成像算法的环阵超声换能器能实现55 mm试样内部直径0.8 mm、深度5.0 mm平底孔和横孔缺陷的精确检测,相对于常规的动态聚焦算法有更高的检测信噪比和定量精度。     

不同材料超声振动磨削的磨削温度实验研究

本文采用人工热电偶测温方式,对纳米Al2O3陶瓷和普通45#钢进行了普通和超声振动下平面磨削磨削温度的测量.比较了相同磨削参数下超声和普通磨削温度的实验数据.实验结果显示:超声辅助磨削纳米氧化铝陶瓷时陶瓷表面磨削温度比普通磨削时低.但超声辅助磨削45#钢时其磨削温度与普通磨削情况下差别不大.