CFRP孔隙率超聲無損檢測研究與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、論文以工程“內(nèi)外升降副翼面板孔隙率無損測試技術(shù)研究”為依托，圍繞碳紆維復(fù)合材料（CFRP）孔隙率定量測試，探討了復(fù)合材料孔隙率超聲無損測試技術(shù)及有關(guān)問題，進(jìn)行了碳纖維復(fù)合材料孔隙率便攜式超聲智能檢測系統(tǒng)的研制，給出了其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。 第一章，緒論。簡單介紹了超聲學(xué)、超聲無損檢測以及超聲信號處理技術(shù)，并從課題研究的社會背景和項(xiàng)目背景出發(fā)，指出了課題研究的意義及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料孔隙率無損檢測的重要性與存在的問題，引入了課題的主要研究內(nèi)

2、容。 第二章，碳纖維復(fù)合材料孔隙率超聲測試技術(shù)研究。首先，介紹了復(fù)合材料的基本知識及其缺陷類型，探討了復(fù)合材料孔隙率定量檢測的重要性和必要性，指出：①孔隙缺陷是復(fù)合材料重要缺陷類型之一，完全沒有孔隙的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是不存在的；②孔隙形狀大小、含量多少對復(fù)合材料的物理、機(jī)械性能存在著重要的影響；③先進(jìn)復(fù)合材料在高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，必要對復(fù)合材料孔隙率進(jìn)行定量檢測。其次，對復(fù)合材料孔隙率的傳統(tǒng)測試方法和超聲檢測的有關(guān)理論研究進(jìn)行了回

3、顧和分析，指出：①破壞性孔隙率測試方法工序繁瑣，成本較高，且不能滿足現(xiàn)場實(shí)時檢測的需要；②復(fù)合材料孔隙率超聲測試方法是一種非常有效和實(shí)用的方法，可以滿足現(xiàn)場實(shí)時檢測的需要；③孔隙率測試?yán)碚摰耐晟坪桶l(fā)展有必要考慮孔隙自身的形態(tài)和分布特征與孔隙含量之間的關(guān)系。再次，利用顯微照相分析系統(tǒng)，對復(fù)合材料孔隙形狀和統(tǒng)計(jì)分布特征進(jìn)行了觀察和統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：①孔隙含量與孔隙形態(tài)之間存在著關(guān)系，當(dāng)孔隙率較小時，孔隙多呈圓星，且多發(fā)生在富樹脂區(qū)域，當(dāng)孔

4、隙率較大時，孔隙呈橢圓形或延纖維方向的拉長形，當(dāng)孔隙率更大時，孔隙多呈發(fā)生在層間的較大的扁平形；②孔隙的長度、面積尺寸在觀察平面內(nèi)近似服從對數(shù)正態(tài)分布，孔隙的寬度尺寸（即垂直于層間界面方向尺寸）變化不大。最后，對復(fù)合材料孔隙率超聲測試進(jìn)行了理論研究和實(shí)測分析：①基于脈沖反射方式建立了含孔隙形態(tài)分布特征的復(fù)合材料孔隙率超聲相對衰減測試模型，并基于理論模型和實(shí)測數(shù)據(jù)建立了孔隙率相對衰減測試公式，對其精度進(jìn)行了分析，指出超聲信號時域幅值相對衰

5、減測試公式可以用于復(fù)合材料實(shí)際孔隙率測試，并將其二次公式和三次公式進(jìn)行了比較分析，結(jié)果顯示二次公式可以代替三次公式，精度差別較小，而計(jì)算更為簡單方便；②基于頻譜技術(shù)和實(shí)測數(shù)據(jù)，對復(fù)合材料孔隙率測試進(jìn)行了頻域輔助分析，發(fā)現(xiàn)超聲信號頻率偏移與復(fù)合材料孔隙率近似存在著線性關(guān)系，可用超聲信號相對頻率偏移進(jìn)行 復(fù)合材料孔隙率的計(jì)算分析。同時，發(fā)現(xiàn)超聲信號衰減與頻率偏移之間近似存在著1.726次方指數(shù)關(guān)系，其與實(shí)測衰減數(shù)據(jù)之間誤差精度介于頻

6、率偏移和相對衰減關(guān)系的二次擬合公式與三次擬合公式之間。 第三章，基于人工免疫算法的孔隙率超聲測試信號缺陷預(yù)處理。針對復(fù)合材料其他缺陷影響孔隙率定量檢測的精度，提出了復(fù)合材料孔隙率檢測缺陷預(yù)處理技術(shù)。①超聲信號缺陷預(yù)處理屬于現(xiàn)代信號處理技術(shù)范疇，文中首先介紹了超聲缺陷檢測現(xiàn)代信號處理技術(shù)，然后基于免疫系統(tǒng)原理，引入了人工免疫系統(tǒng)模式識別算法，并對算法進(jìn)行了分析；②基于生物免疫系統(tǒng)超變異特性，設(shè)計(jì)了人工免疫系統(tǒng)超變異模式識別算法，并對

7、算法進(jìn)行了分析；③利用人工免疫系統(tǒng)模式識別算法和超變異模式識別算法，對于過多孔隙形成的疏松缺陷進(jìn)行了識別預(yù)處理，結(jié)果表明人工免疫系統(tǒng)模式識別算法是可行的，并且超變異模式識別算法的識別收斂速度要明顯優(yōu)于普通人工免疫系統(tǒng)模式識別算法。 第四章，基于粒子群優(yōu)化算法的孔隙率超聲測試信號參數(shù)估計(jì)。針對復(fù)合材料孔隙率檢測所需要的超聲信號特征參數(shù)，引入了粒子群超聲信號參數(shù)估計(jì)算法。①文中首先對超聲信號參數(shù)估計(jì)的傳統(tǒng)方法進(jìn)行了回顧和分析，指出了

8、其特點(diǎn)和局限性；②基于超聲信號射頻模型和最小二乘參數(shù)估計(jì)器，引入了粒子群超聲信號參數(shù)估計(jì)方法，并對算法的收斂特性和參數(shù)選取進(jìn)行了分析；③結(jié)合超聲信號參數(shù)估計(jì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了含閾值限制的粒子群超聲信號參數(shù)估計(jì)方法，并對算法進(jìn)行了分析，結(jié)果表明粒子群優(yōu)化算法可用于超聲信號的參數(shù)估計(jì)，從總體上看粒子群優(yōu)化算法對于信號的隨機(jī)噪聲干擾不是非常敏感，并且含閾值限制的粒子群參數(shù)估計(jì)算法（粒子群閾值優(yōu)化算法）精度略高，并可降低參數(shù)估計(jì)實(shí)際計(jì)算量。

9、第五章，碳纖維復(fù)合材料孔隙率測試便攜式智能超聲檢測系統(tǒng)的研制。對碳纖維復(fù)合材料孔隙率超聲測試技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了便攜式超聲C掃描檢測系統(tǒng)。①開發(fā)設(shè)計(jì)了便攜式超聲檢測系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)，設(shè)計(jì)制作了便攜式手持架，改造制作了光電式位置傳感器；②編碼完成了便攜式超聲檢測系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)，應(yīng)用了模塊化和分層式軟件設(shè)計(jì)思想和數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，在便攜式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了超聲C掃描功能。 第六章，結(jié)論與展望。對論文全文的工作進(jìn)行了總結(jié)，指出了存在的不足