【摘 要】
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先进复合材料作为一种轻质高效、节能环保的新型材料,在世界各国航空航天等军用领域起到至关重要的作用。复合材料粘接构件在使用过程中,容易受到外界环境影响,致使粘接层出现严重缺陷,产生灾难性后果,因此开展复合材料构件的粘接层缺陷检测具有重要意义。考虑到目前缺少复合材料构件粘接层缺陷检测的成熟方法和评估标准,本文以陶瓷基复合材料和碳纤维板为研究对象,开展基于超声无损检测的粘接层缺陷定性分析和粘接强度定量研
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先进复合材料作为一种轻质高效、节能环保的新型材料,在世界各国航空航天等军用领域起到至关重要的作用。复合材料粘接构件在使用过程中,容易受到外界环境影响,致使粘接层出现严重缺陷,产生灾难性后果,因此开展复合材料构件的粘接层缺陷检测具有重要意义。考虑到目前缺少复合材料构件粘接层缺陷检测的成熟方法和评估标准,本文以陶瓷基复合材料和碳纤维板为研究对象,开展基于超声无损检测的粘接层缺陷定性分析和粘接强度定量研究。本文主要研究内容如下:1、本文针对新型陶瓷基复合材料构件,考虑到陶瓷基复合材料多孔性和吸声性对信号在材料内部传播过程中产生削弱和衰减,超声回波信号不易提取的问题,提出一种基于多特征融合的缺陷识别方法,结合主成分分析特征优化和BP神经网络分类器,实现陶瓷基粘接层内部缺陷类型识别,为陶瓷基复合材料粘接质量检测的定性分析提供了技术依据。2、考虑粘接强度因缺陷形状尺寸或者类型的影响而产生较大变化,提出一种超声信号特征定量表征粘接强度的新模型。考虑到陶瓷基复合材料脆性大,不易拉伸的问题,以碳纤维板复合材料和铝板的搭接样件为研究对象,针对复合材料粘接层容易出现的空气脱粘缺陷,分析复合材料粘接层缺陷尺寸与粘接强度关系,建立三维的搭接样件拉伸数值模型,结合单轴拉伸试验的最大剪切结果,验证搭接样件拉伸数值模型的有效性,测定不同缺陷尺寸的最大剪切强度数值结果,揭示复合材料搭接样件粘接层脱粘缺陷尺寸与粘接强度的非线性变化关系,实现复合材料样件缺陷尺寸定量表征粘接强度。3、通过分析复合材料粘接层不同尺寸缺陷对超声的回波信号特征的影响,研究单搭接样件缺陷尺寸与超声回波信号特征的关系,在对不同缺陷尺寸的超声回波能量分析的基础上,建立基于小波包能量的超声回波信号能量与缺陷尺寸的关系模型。结合缺陷尺寸与粘接强度的非线性关系模型,将缺陷尺寸作为中间量,建立超声回波能量与粘接强度的关系模型,实现超声信号特征定量表征复合材料粘接强度。
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