目前常用超声衰减法分析底面回波信号,实现碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon Fibre Reinforced Plastics,CFRP）孔隙率表征。当孔隙率较高、存在大尺寸孔隙或孔隙严重偏聚时,底面回波信号降低,该方法表征效果不佳。孔隙散射引起的超声背散射信号持续存在,从本质上可认为是由n个质点组成的非线性动力学系统。本文引入一种非线性动力学系统的分析方法——递归定量分析（Recurrence Quantification Analysis,RQA）方法处理超声背散射信号,开展CFRP孔隙率表征研究。在明确RQA基本参数选取方法和量化指标意义的基础上,对孔隙率范围0.2%⁵.1%的含孔隙CFRP模型进行仿真计算,获得量化指标递归度RR与孔隙率P之间的相关关系。由于孔隙形貌在一定程度上影响孔隙率表征结果,进而给出RR与孔隙形貌特征（孔隙尺寸和位置分布）之间的联系,并利用孔隙率范围0.6%⁴.2%的CFRP层板进行实验验证。主要研究内容如下:1.针对厚度3 mm,3.6 mm和4 mm的CFRP层板中61个采样点,使用接触式脉冲反射法采集超声信号。借助金相法获得CFRP金相照片后统计孔隙率,利用孔隙平均宽度W_mean、最大孔隙宽度W_max定量描述孔隙尺寸这一形貌特征。2.针对孔隙率范围0.2%³.6%的CFRP模型仿真计算得到的超声检测信号,采用超声背散射信号最大幅值A₂和样品上表面回波信号幅值A₁之比k定量描述超声背散射信号幅值变化。利用RQA方法分析超声背散射信号,得到可描述信号幅值变化的递归图（Recurrence Plot,RP）。观察RP图中均匀结构、周期结构、对角线段、水平/垂直线段等特征结构,确定适合采用RQA方法分析的超声背散射信号特征。3.建立孔隙率范围0.7%⁵.1%的规则球形孔隙CFRP模型,采用RQA方法分析仿真计算得到的超声背散射信号获得P与RR之间呈单调递减关系。在已有模型基础上,建立2组仅孔隙位置分布不同的模型,对比RQA方法分析结果:孔隙位置分布相同时,RR随孔隙直径D增加而下降;孔隙尺寸相同时,RR与孔隙中心间距d呈反比关系。4.基于孔隙率范围0.6%⁴.2%的真实形貌孔隙模型（Real Morphology Void Model,RMVM）,仿真结果显示RR随P增加而减小;采用分形维数F定量描述孔隙位置分布,发现相同P时RR_min对应模型F和W_mean最小而W_max最大,说明该模型中孔隙位置分布和尺寸等形貌最为异常。基于孔隙率范围0.6%⁴.2%的CFRP层板验证了RMVM仿真结果的有效性。利用P-RR散点图中上下限拟合线的欧氏距离ED归一化结果度量RR表征P的准确性,同超声衰减系数?相比,结果表明P较低时ED_RR高于ED_?,?表征P准确性较高,随P增加,RR表征效果更好。