【摘要】：復(fù)合材料因?yàn)槠渚哂斜葟?qiáng)度高、比剛度大和重量輕等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)逐漸被廣泛應(yīng)用于航空航天等產(chǎn)業(yè)。但是在制造與服役過程中,復(fù)合材料不可避免的會受到損傷。而低速沖擊造成的不可見的內(nèi)部微損傷是復(fù)合材料的常見損傷形式,這將影響其使用可靠性與壽命,甚至?xí)䦟?dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的突然失效而造成災(zāi)難性的后果。為了保證復(fù)合材料的使用安全,有必要對其內(nèi)部微損傷進(jìn)行檢測。相較于傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù),由于具有檢測范圍廣,微損傷識別和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),非線性超聲導(dǎo)波技術(shù)已經(jīng)成為了檢測復(fù)合材料損傷的有效方法之一。本文以1 mm厚碳纖維復(fù)合材料(CFRP)為研究對象,探究多種非線性超聲導(dǎo)波技術(shù)對不同程度的沖擊損傷進(jìn)行檢測。首先利用Lamb波二階諧波法對復(fù)合材料進(jìn)行檢測,在頻散曲線中確定滿足相匹配條件的激勵(lì)模態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),提取相關(guān)頻域信息分析數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:Lamb波相關(guān)非線性參數(shù)隨沖擊損傷程度增加而增加,相較于完整試件,15J損傷試件相關(guān)非線性參數(shù)增加200%。隨后用Lamb波相反轉(zhuǎn)方法對損傷檢測,該方法抵消基頻幅值且增大二階諧波幅值,有效提高了信噪比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與僅用二階諧波法檢測具有一致性。為了避免實(shí)驗(yàn)設(shè)備中非線性的干擾,提出了基于Lamb波共線混疊的非線性超聲檢測技術(shù),根據(jù)同步性條件確定激勵(lì)模態(tài),搭建檢測系統(tǒng),通過時(shí)間延遲將不同激勵(lì)頻率的Lamb波模態(tài)同向混疊對復(fù)合材料進(jìn)行檢測,提取基頻波與和頻邊帶和差頻邊帶的頻域幅值計(jì)算相關(guān)非線性參數(shù),結(jié)果顯示隨著沖擊能量的增加相關(guān)非線性參數(shù)也增加。同時(shí)設(shè)置不同激勵(lì)頻率優(yōu)化該方法激勵(lì)模態(tài)。最后,本文研究了基于SPC(Sideband Peak Count)邊帶閡值法的非線性Lamb波檢測技術(shù),提出了該技術(shù)表征材料非線性的方式,以此確定針對該復(fù)合材料試件的最優(yōu)檢測頻率并對沖擊損傷試件進(jìn)行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)閾值線為最大值1-10%時(shí),基頻為1.95 MHz和2.25 MHz的峰值數(shù)最多;利用該基頻組合檢測復(fù)合材料損傷時(shí),隨著損傷程度增加邊帶峰值數(shù)量也呈遞增趨勢。
【圖文】：

管碳纖維復(fù)合材料有許多的優(yōu)點(diǎn)，但是由于復(fù)合材料的非均質(zhì)性，增強(qiáng)纖逡逑面結(jié)構(gòu)差異，，組分材料物理性質(zhì)變化差異以及制造工藝不穩(wěn)定等原因，復(fù)逡逑在生產(chǎn)制造過程中難以避免的會出現(xiàn)缺陷。此外，在使用與服役過程中，逡逑料也會由于受到?jīng)_擊、摩擦等產(chǎn)生損傷。這些損傷很大一部分在材料內(nèi)部，逡逑能被簡單的肉眼檢測及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但是隨著產(chǎn)品的不斷使用會導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)逡逑與強(qiáng)度的大幅降低，甚至出現(xiàn)突然性的破壞，造成安全事故，給人們的生逡逑安全造成危害［ｎ］。逡逑００９年２月１２日，一架美國大陸航空公司的飛機(jī)在紐約上州布法羅郊外墜逡逑上４４名乘客、４名機(jī)組人員以及１名非執(zhí)勤飛行員全部遇難。這起事故逡逑地面上１人死亡，不少于４人受傷。據(jù)美國航空主管部門事后推斷，極有逡逑是飛機(jī)長時(shí)間服役使得復(fù)合材料機(jī)翼積累出局部故障問題導(dǎo)致了這一空難。逡逑年２月，由于機(jī)身碳纖維復(fù)合材料脫層，即層與層之間剝離，大大降低了逡逑

非線性超聲檢測國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑最早在１７５５年，瑞士物理學(xué)家Ｅｕｌｅｒ提出了非線性聲學(xué)這一概念，隨后各逡逑學(xué)家逐漸開始展開有關(guān)非線性聲學(xué)的研宄，但由于過去技術(shù)的局限性，難以逡逑實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論分析，大部分的研究關(guān)注于流體中的非線性超聲波動特性。布逡逑學(xué)的Ｈｉｋａｔａ＾ｌ等于１９６３年在金屬實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，從純鋁中檢測到了逡逑，至此人們開始關(guān)注非線性超聲在材料檢測方面的應(yīng)用。眾多的研究表明，逡逑性超聲與線性超聲的主要區(qū)別在于當(dāng)材料中存在缺陷時(shí)，往往會引起前者檢逡逑號的頻率相較于輸入信號的頻率發(fā)生變化，如圖１－３。因此，在利用非線性逡逑對結(jié)構(gòu)損傷與材料性能退化進(jìn)行檢測與表征時(shí)，國內(nèi)外的研宄者主要集中于逡逑信號的頻率變化。目前比較主流的研究方向有高階諧波檢測法、波束混疊、逡逑波法和共振頻率偏移法這四種［３１１，考慮本文的研宄方向，在這里僅闡述前兩逡逑究方向的發(fā)展現(xiàn)狀。逡逑
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;V250.2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬耀;邢賀民;段滋華;;基于微波技術(shù)的復(fù)合材料內(nèi)部缺陷無損檢測技術(shù)研究[J];材料導(dǎo)報(bào);2013年S2期

2 鄭廣強(qiáng);吳文貴;;自動鋪帶技術(shù)在航空復(fù)合材料制造領(lǐng)域的應(yīng)用[J];航空制造技術(shù);2013年15期

3 劉耀文;;探討承壓類特種設(shè)備無損檢測現(xiàn)狀[J];廣東科技;2013年02期

4 耿榮生;景鵬;;航空裝備無損檢測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];航空制造技術(shù);2012年Z1期

5 陳偉;白燕;朱家強(qiáng);孟麗紅;;碳纖維復(fù)合材料在體育器材上的應(yīng)用[J];產(chǎn)業(yè)用紡織品;2011年08期

6 李威;郭權(quán)鋒;;碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J];中國光學(xué);2011年03期

7 周正干;劉斯明;;非線性無損檢測技術(shù)的研究、應(yīng)用和發(fā)展[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2011年08期

8 陳紹杰;;先進(jìn)復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用[J];高科技纖維與應(yīng)用;2011年01期

9 王新杰;郭玉文;張建強(qiáng);喬琦;劉景洋;;廢紙基電路板非金屬材料性質(zhì)及其復(fù)合材料性能[J];化工學(xué)報(bào);2010年03期

10 楊小平;黃智彬;張志勇;楊虎平;周宇君;;實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2010年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李政;飛機(jī)常見結(jié)構(gòu)原位超聲無損檢測技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

本文編號：2647439