基于超聲背散射信號處理的碳纖維復合材料孔隙檢測研究.pdf

1、碳纖維復合材料（Carbon Fibre Reinforced Plastics，簡稱CFRP）在航空航天、車輛制造、大型工程建設等領域有著廣泛應用。在制造和使用過程中，CFRP內(nèi)部難免會出現(xiàn)缺陷，超聲檢測技術(shù)則是CFRP缺陷無損檢測的主要手段之一。隨著CFRP制造技術(shù)的進步，含有厚截面和曲面變厚度等區(qū)域的CFRP構(gòu)件已經(jīng)逐漸得到使用，這使得傳統(tǒng)的復合材料超聲檢測手段及信號處理技術(shù)已很難再滿足這些構(gòu)件中某些部分的檢測精度要求。針對這些材

2、料的檢測難點，本文以CFRP超聲檢測的相關(guān)基金項目為依托，對厚截面CFRP和曲面變厚度CFRP孔隙缺陷的超聲檢測技術(shù)進行研究，全文的研究工作及成果如下。
　　(1)對各類CFRP孔隙超聲檢測方法進行分析，得到各方法的特點。同時采用金相實驗法對論文涉及的CFRP的孔隙進行觀察與分析，得到孔隙的形態(tài)與分布特征。根據(jù)上述分析結(jié)果提出了基于超聲背散射信號處理的厚截面CFRP和曲面變厚度CFRP孔隙檢測方法。
　　(2)對聲波在層狀粘

3、滯媒質(zhì)中的反射與透射進行推導，得到聲波反射系數(shù)分布函數(shù)頻域模型。采用該模型對多層CFRP聲波反射系數(shù)進行計算，得到超聲波在層狀CFRP中產(chǎn)生共振的條件及CFRP層數(shù)對共振的影響。進一步采用該頻域模型對含孔隙層狀CFRP聲波反射系數(shù)進行計算，得到孔隙含量和分布對超聲波共振的影響。同時，還對層狀CFRP超聲脈沖反射信號各成分特征進行分析，在此基礎上建立了超聲檢測信號的時域及頻域模型。
　　(3)提出了基于超聲背散射信號處理的厚截面CF

4、RP局部集中孔隙缺陷識別方法。根據(jù)超聲背散射信號特征將其劃分為近表面信號和遠表面信號。針對近表面信號提出了基于共振結(jié)構(gòu)噪聲特征與基于共振結(jié)構(gòu)噪聲去除這兩種處理方法。針對遠表面信號則主要提出了基于信號相關(guān)分析的小波變換模極大值去噪方法。采用上述方法對厚截面CFRP局部集中孔隙進行識別，通過破壞性金相實驗驗證了上述信號處理方法的可行性。
　　(4)提出了基于超聲背散射信號提升小波分解處理的曲面變厚度CFRP孔隙缺陷識別方法。通過金相實

5、驗測定了超聲檢測完畢的曲面變厚度CFRP試塊孔隙率，同時分析了超聲脈沖反射信號的特征。采用提升小波變換對超聲背散射信號進行分解并分析得到了原始信號與各分解信號的特征。進一步對原始信號與選出的分解信號的特征隨孔隙率的變化關(guān)系進行分析，結(jié)果表明最優(yōu)分解信號特征比原始信號特征能更好地表征材料孔隙率。
　　(5)提出了基于背散射信號能量特征的厚截面CFRP超聲C掃描成像方法和基于背散射分解信號能量特征的曲面變厚度CFRP超聲C掃描成像方法