復合材料內部缺陷的微波檢測技術研究.pdf

1、復合材料在航天、交通運輸、化工設備、建筑、文體用品等領域上的應用越來越廣泛，發(fā)揮著舉足輕重的作用。它有機地結合了各類材料的優(yōu)點、克服了單一材料的不足，擴大了單一材料的應用范圍。以碳纖維和環(huán)氧樹脂復合的材料為例，它具有高比強度、高比剛度、耐腐蝕性好、抗疲勞、電絕緣和膨脹系數小等一系列優(yōu)異性能。復合材料不僅制造過程復雜，且由于設備因素、材料特性、工藝及參數控制的影響，在復合材料制品中難免會出現氣孔、疏松、纖維及樹脂開裂、分層、脫粘等缺陷，加

2、劇材料的老化，大大降低材料的使用壽命，嚴重時會對安全生產造成很大的影響。因此對復合材料結構進行無損檢測是十分必要的。
　　本文采用微波無損檢測新技術，運用交叉學科知識對復合材料的內部缺陷進行檢測。其原理是利用微波與介質的相互作用，微波信號入射到介質表面時，會發(fā)生反射、散射、透射，反射波的電磁場因受介質的電磁參數和幾何參數的影響，從而改變反射特征信號如回波損耗、相位等。
　　本文首先對微波傳輸機理進行研究，通過對微波在不同媒質

3、中的傳輸特性及反射特性的研究，闡述了微波無損檢測機理。在此基礎上，制備了四種含有缺陷的內鋪金屬纖維復合材料板（纖維斷裂、纖維鋪設不均勻、纖維屈曲、斷裂及屈曲），搭建了微波無損檢測系統(tǒng)，篩選出適合檢測復合材料內部缺陷的特征信號，通過對其進行微波檢測及數據分析，得到如下結論:
　　(1)利用微波無損檢測系統(tǒng)，可以實現上述復合材料內含各類缺陷復合材料的快速定位:在檢測頻率下，通過與無缺陷的復合材料參考試件對比，可以發(fā)現當微波探頭覆蓋到內

4、部缺陷時，反射信號-回波損耗有較明顯的變化，由此可以快速發(fā)現缺陷所在位置;
　　(2)反射特征信號與波導所在位置有關，即波導中心與缺陷相對位置不同時，檢測信號幅度有差別。如缺陷為纖維斷裂時，回波損耗值的大小與斷裂缺陷的中心離波導口中心距離有關;
　　(3)對于纖維斷裂缺陷，沿著相互垂直的方向進行掃描檢測，遇到缺陷時回波損耗的變化趨勢相反。沿垂直于纖維鋪設方向掃描時，在斷裂缺陷剛要進入或離開波導口時，回波損耗會發(fā)生突變，相位會

5、發(fā)生正負之間的轉變，斷裂缺陷在波導口外時相位為正值，斷裂缺陷在波導口內時相位為負值;
　　(4)對于纖維斷裂缺陷，在缺陷離波導口中心距離相同的條件下，斷裂長度越長，回波損耗值越大或越小（取決于檢測方向），可以通過建立數據庫比對回波損耗來判斷斷裂缺陷的尺寸;
　　(5)對于纖維鋪設不均勻缺陷，隨著纖維間距的加大，回波損耗最大值對應的波導位移也增大，即回波損耗開始減小的位置推遲，由此可以判定出金屬纖維不均勻缺陷的程度;
　

6、　(6)對于纖維屈曲缺陷，通過實驗確定了最佳檢測方向，即沿著纖維鋪設方向，在該方向上靈敏度較高，對比回波損耗隨波導移動的變化趨勢可以判斷出屈曲程度的大小;
　　(7)對于纖維屈曲缺陷的兩種不同形態(tài)，圓弧形和S形，在同一曲率半徑下回波損耗隨波導移動有著相同的變化規(guī)律，在板材的邊緣處回波損耗最小，在中線處回波損耗與無缺陷時的接近;
　　(8)對于同時含有纖維斷裂和屈曲缺陷，通過對比回波損耗及相位圖，可以與僅有斷裂缺陷或僅有屈曲缺