基于超聲背散射信號(hào)處理的碳纖維復(fù)合材料孔隙檢測(cè)研究.pdf

1、碳纖維復(fù)合材料（Carbon Fibre Reinforced Plastics，簡(jiǎn)稱CFRP）在航空航天、車輛制造、大型工程建設(shè)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。在制造和使用過程中，CFRP內(nèi)部難免會(huì)出現(xiàn)缺陷，超聲檢測(cè)技術(shù)則是CFRP缺陷無損檢測(cè)的主要手段之一。隨著CFRP制造技術(shù)的進(jìn)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(fù)合材料超聲檢測(cè)手段及信號(hào)處理技術(shù)已很難再滿足這些構(gòu)件中某些部分的檢測(cè)精度要求。針對(duì)這些材

2、料的檢測(cè)難點(diǎn)，本文以CFRP超聲檢測(cè)的相關(guān)基金項(xiàng)目為依托，對(duì)厚截面CFRP和曲面變厚度CFRP孔隙缺陷的超聲檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，全文的研究工作及成果如下。
　　(1)對(duì)各類CFRP孔隙超聲檢測(cè)方法進(jìn)行分析，得到各方法的特點(diǎn)。同時(shí)采用金相實(shí)驗(yàn)法對(duì)論文涉及的CFRP的孔隙進(jìn)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(hào)處理的厚截面CFRP和曲面變厚度CFRP孔隙檢測(cè)方法。
　　(2)對(duì)聲波在層狀粘

3、滯媒質(zhì)中的反射與透射進(jìn)行推導(dǎo)，得到聲波反射系數(shù)分布函數(shù)頻域模型。采用該模型對(duì)多層CFRP聲波反射系數(shù)進(jìn)行計(jì)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(duì)共振的影響。進(jìn)一步采用該頻域模型對(duì)含孔隙層狀CFRP聲波反射系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到孔隙含量和分布對(duì)超聲波共振的影響。同時(shí)，還對(duì)層狀CFRP超聲脈沖反射信號(hào)各成分特征進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上建立了超聲檢測(cè)信號(hào)的時(shí)域及頻域模型。
　　(3)提出了基于超聲背散射信號(hào)處理的厚截面CF

4、RP局部集中孔隙缺陷識(shí)別方法。根據(jù)超聲背散射信號(hào)特征將其劃分為近表面信號(hào)和遠(yuǎn)表面信號(hào)。針對(duì)近表面信號(hào)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(duì)遠(yuǎn)表面信號(hào)則主要提出了基于信號(hào)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(duì)厚截面CFRP局部集中孔隙進(jìn)行識(shí)別，通過破壞性金相實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述信號(hào)處理方法的可行性。
　　(4)提出了基于超聲背散射信號(hào)提升小波分解處理的曲面變厚度CFRP孔隙缺陷識(shí)別方法。通過金相實(shí)

5、驗(yàn)測(cè)定了超聲檢測(cè)完畢的曲面變厚度CFRP試塊孔隙率，同時(shí)分析了超聲脈沖反射信號(hào)的特征。采用提升小波變換對(duì)超聲背散射信號(hào)進(jìn)行分解并分析得到了原始信號(hào)與各分解信號(hào)的特征。進(jìn)一步對(duì)原始信號(hào)與選出的分解信號(hào)的特征隨孔隙率的變化關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果表明最優(yōu)分解信號(hào)特征比原始信號(hào)特征能更好地表征材料孔隙率。
　　(5)提出了基于背散射信號(hào)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(hào)能量特征的曲面變厚度CFRP超聲C掃描成像方法