碳纖維復(fù)合材料缺陷檢測方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維復(fù)合材料在航空航天和軍事工業(yè)領(lǐng)域、汽車工業(yè)領(lǐng)域、土木建筑領(lǐng)域、能源和電子等工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。但是，由于碳纖維復(fù)合材料會在制造過程中或者在使用過程中會形成各種形式的缺陷，這些缺陷的存在影響材料的各項性能指標(biāo)，使碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)用受到一定的限制，導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)件的報廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，研究碳纖維復(fù)合材料中缺陷產(chǎn)生的原因以及對不同缺陷的檢測與識別顯得極為重要。
　　近年來，超聲相控陣技術(shù)以其靈

2、活、便捷、高效的特點廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。本文針對碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的檢測方法展開深入的研究。首先利用仿真軟件CIVA中的聲場仿真模塊與缺陷響應(yīng)模塊確定實驗檢測方案，在仿真中，根據(jù)實際情況，設(shè)定樣本參數(shù)，包括樣本的尺寸和屬性；確定適合檢測碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部缺陷的超聲波聲場特性，包括對超聲探頭的尺寸、中心頻率的確定；為了更好的耦合性，添加楔塊并對其選型。確定聲場參數(shù)后，在缺陷響應(yīng)模塊中模擬缺陷，包括缺陷的大小、形狀及位置，得到缺陷的成像

3、效果，驗證了實驗方案的可行性。
　　在CIVA仿真的基礎(chǔ)上，利用超聲相控陣系統(tǒng)檢測碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部三種常見缺陷：分層、夾雜、脫粘，得到三種缺陷的A掃圖與B掃圖。分析三種缺陷信號的B掃圖，可以初步判斷缺陷類型，但是在未知缺陷的情況下不能準(zhǔn)確獲取缺陷類型信息。對原始A掃信號數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換得到頻域特征，結(jié)合時頻信號詳細(xì)分析，三種缺陷沒有顯著差異，不能進(jìn)行準(zhǔn)確識別。本文針對上述問題進(jìn)一步探索，提出了一種行之有效的方法，并在實驗中得到

4、驗證。
　　分析碳纖維復(fù)合材料中超聲波波形信號可以發(fā)現(xiàn)，缺陷信號屬于非平穩(wěn)瞬態(tài)高頻信號，而小波包分析針對這類型的信號有非常良好的處理效果，因此非常適用于本文研究的對象。對提取的原始A掃信號進(jìn)行小波包分解與系數(shù)重構(gòu)，提取特征值，構(gòu)造特征向量。通過八個特征值識別三種缺陷，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以其優(yōu)越的非線性映射能力而被廣泛應(yīng)用在模式識別領(lǐng)域。構(gòu)建三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，按照共軛梯度算法對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，最后使用該網(wǎng)絡(luò)對三種缺陷進(jìn)行識別和分類，識別