碳纖維復合材料缺陷檢測方法研究.pdf

1、隨著科學技術的進步，碳纖維復合材料在航空航天和軍事工業(yè)領域、汽車工業(yè)領域、土木建筑領域、能源和電子等工業(yè)領域獲得廣泛的應用。但是，由于碳纖維復合材料會在制造過程中或者在使用過程中會形成各種形式的缺陷，這些缺陷的存在影響材料的各項性能指標，使碳纖維復合材料構件的應用受到一定的限制，導致整個結構件的報廢，造成重大經(jīng)濟損失。因此，研究碳纖維復合材料中缺陷產(chǎn)生的原因以及對不同缺陷的檢測與識別顯得極為重要。
　　近年來，超聲相控陣技術以其靈

2、活、便捷、高效的特點廣泛應用在工業(yè)領域。本文針對碳纖維復合材料內(nèi)部缺陷的檢測方法展開深入的研究。首先利用仿真軟件CIVA中的聲場仿真模塊與缺陷響應模塊確定實驗檢測方案，在仿真中，根據(jù)實際情況，設定樣本參數(shù)，包括樣本的尺寸和屬性；確定適合檢測碳纖維復合材料內(nèi)部缺陷的超聲波聲場特性，包括對超聲探頭的尺寸、中心頻率的確定；為了更好的耦合性，添加楔塊并對其選型。確定聲場參數(shù)后，在缺陷響應模塊中模擬缺陷，包括缺陷的大小、形狀及位置，得到缺陷的成像

3、效果，驗證了實驗方案的可行性。
　　在CIVA仿真的基礎上，利用超聲相控陣系統(tǒng)檢測碳纖維復合材料內(nèi)部三種常見缺陷：分層、夾雜、脫粘，得到三種缺陷的A掃圖與B掃圖。分析三種缺陷信號的B掃圖，可以初步判斷缺陷類型，但是在未知缺陷的情況下不能準確獲取缺陷類型信息。對原始A掃信號數(shù)據(jù)進行傅立葉變換得到頻域特征，結合時頻信號詳細分析，三種缺陷沒有顯著差異，不能進行準確識別。本文針對上述問題進一步探索，提出了一種行之有效的方法，并在實驗中得到

4、驗證。
　　分析碳纖維復合材料中超聲波波形信號可以發(fā)現(xiàn)，缺陷信號屬于非平穩(wěn)瞬態(tài)高頻信號，而小波包分析針對這類型的信號有非常良好的處理效果，因此非常適用于本文研究的對象。對提取的原始A掃信號進行小波包分解與系數(shù)重構，提取特征值，構造特征向量。通過八個特征值識別三種缺陷，BP神經(jīng)網(wǎng)絡技術以其優(yōu)越的非線性映射能力而被廣泛應用在模式識別領域。構建三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡，按照共軛梯度算法對網(wǎng)絡進行訓練，最后使用該網(wǎng)絡對三種缺陷進行識別和分類，識別