民用飞机结构无损检测数据管理系统的设计与开发

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民用飞机结构无损检测数据直接影响着结构损伤评估和修理决策的效率及准确性,构建一个统一的数据管理平台对实现结构无损检测数据的检索、共享、传播、存储和再利用具有重要的作用和意义.提出了民用飞机结构无损检测数据管理的技术需求和功能要求,制定了民用飞机结构损伤数据源模型和损伤编号规则,设计并开发了民用飞机结构无损检测数据管理系统,实现了对民用飞机结构强度试验的结构损伤数据和无损检测数据的电子化、网络化管理.
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为更好地检测出碳纤维增强聚合物基复合材料(CFRP)中的分层缺陷,特别是近表面缺陷,采用直探头、延迟块探头、水浸点聚焦探头和双晶探头对CFRP层压板进行A扫描、B扫描和C扫描成像检测对比试验.试验结果表明,4种检测技术均能有效检测出2.5 mm厚对比试块中的分层缺陷,且可有效识别出近表面0.4 mm深和远表面2~3铺层之间的缺陷;采用直探头、延迟块探头和水浸聚焦探头在检测时会形成界面波,对近表面缺陷成像造成干扰,而双晶探头盲区小,定量准确,无界面波干扰,对CFRP层压板近表面缺陷检出率高,检测更可靠.
通过声发射线性定位技术寻找疲劳载荷下的材料损伤源,在疲劳加载机的作用下,对08AL铝制小板结构进行疲劳损伤试验.通过安装在试样上的声发射传感器获取声发射信号经过试样的延时时间.在接收到因损伤引发的声发射信号延时数据后,通过线性震源定位算法识别裂纹位置,并利用断铅试验等来验证分析所应用算法的准确性和确定08 AL铝制小板在疲劳载荷作用下的失效部位.结果表明,声发射线性震源定位算法可以清晰有效地对结构损伤源进行定位识别.
开展了铁磁性填充物对储罐底板缺陷漏磁检测影响的仿真分析与试验研究.以贝尔佐纳涂料为铁磁性填充物,建立内部填充了贝尔佐纳涂料的不同体积缺陷的底板有限元模型,得到了缺陷漏磁场空间分布状态和变化规律.研究结果表明:填充了贝尔佐纳涂料的缺陷可以采用漏磁检测法检出,且其漏磁场的变化规律与未填充贝尔佐纳涂料缺陷的漏磁场变化规律相同,但其漏磁场强度要小于未填充贝尔佐纳涂料缺陷的漏磁场强度;对于不同体积的缺陷,随着缺陷体积的增大,贝尔佐纳涂料对检测结果的影响呈增大的趋势.
采用表面硬度法对两种品牌灌浆料制作的不同加水量的试件进行检测,制定了换算强度曲线,并采用最小二乘法进行线性回归分析.试验结果表明,将灌浆料的水灰比从12%调至14.4%的过程中,灌浆料的抗压强度逐渐降低,但对表面硬度影响不大;灌浆料表面硬度和抗压强度呈正相关.
将磁巴克豪森噪声技术应用于典型材料的磁各向异性评估中,确定影响其易磁化轴和磁各向异性程度的因素.通过论述影响磁各向异性的3种机制,将磁巴克豪森噪声包络曲线划分为不同的磁化区段.构建多角度磁巴克豪森噪声试验系统,对4种典型材料进行了试验,得到了不同磁化阶段、不同特征参量的极图.通过对比研究,分析励磁频率、励磁电流以及不同磁化区段对磁各向异性结果的影响.结果表明:不同磁化区段提取的特征参数可以反映不同机制引起的磁各向异性,适用于磁各向异性研究的每种材料的检测参数都存在差异.
为解决当前低温声发射检测技术无法对声发射信号进行时差定位的问题,介绍了一种光纤环声发射检测技术.通过理论分析初步构建了光纤环声发射传感器的理论模型,基于光纤马赫-曾德干涉原理搭建了四通道光纤环声发射传感器样机,开展了低温钛合金气瓶液氮环境下的平面定位和声发射检测灵敏度初步测试.试验结果表明,研制的光纤环声发射传感器能够在低温环境下直接耦合气瓶进行声发射信号采集与定位,信号采集灵敏度不低于90 dB,四通道平面定位偏差最大不超过最大传感器间距的8%,为后续光纤环声发射检测技术的工程化应用奠定了一定基础.
针对TOFD(超声波衍射时差法)检测钢结构桥梁对接焊缝内部缺陷时,缺陷类型难以准确判别的问题,设计制作了12块含有典型焊接缺陷的人工模拟试件,并进行TOFD检测,对比分析了焊缝缺陷的TOFD-D扫图像特征.试验结果表明,不同类型缺陷的TOFD-D扫图像特征具有明显差异,通过分析D扫图像的纹理、形状及走向,可实现基于TOFD-D扫图像特征的对接焊缝典型缺陷类型判定.
为满足核燃料组件破损检测的需要,研制了适用于燃料组件破损超声检测的成套检测系统.基于燃料棒破损后内腔充满水的特点,通过检测沿燃料棒包壳传输超声信号的能量损失来判断燃料棒是否破损.介绍了检测系统组成,并结合检测环境的特殊需求进行了一系列验证试验,包括标定组件和模拟组件超声信号测试、辐照试验、探头高温试验和现场验证等.试验结果表明,研制的超声探头及检测系统能够有效识别完好标定棒和破损标定棒,该检测系统具备对破损燃料组件实施自动超声检测的能力.
为提高钢轨焊缝超声检测质量、效率和管理水平,引进物联网和云技术,实现了钢轨焊缝超声检测现场的场景和检测数据上传,并通过网络通讯实现不同检测场所的互联.超声检测由管理中心全面管理,在管理中心可以随时下载不同检测现场的场景和检测数据,并进行云计算、分析和处理,该系统可实现不同检测现场的云直播、云分析、云仿真、云存储、云汇总等,有利于及时对检测现场进行支持和指导,提高钢轨焊缝超声检测的质量和效率.
为了研究轴向磁通永磁同步电机在增程器应用场合下,是否比传统径向磁通永磁同步电机电磁性能更具优势,分析两种不同拓扑结构电机的结构及特点,利用有限元求解方法分别设计了轴向磁通与径向磁通永磁同步电机,并对两种不同拓扑结构电机在空载反电动势、齿槽转矩、功率密度及效率等方面进行电机运行性能对比及分析.结果表明,轴向磁通永磁同步电机性能良好且具有一定优势,可作为增程器发电机设计的有力竞争者之一.