论文题目: CFRP孔隙率超声无损检测研究与系统实现
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 刘继忠
导师: 周晓军
关键词: 复合材料,孔隙,孔隙率,超声无损检测,超声衰减,频谱分析,人工免疫系统,缺陷识别,粒子群,参数估计
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 论文以工程“内外升降副翼面板孔隙率无损测试技术研究”为依托，围绕碳纤维复合材料(CFRP)孔隙率定量测试，探讨了复合材料孔隙率超声无损测试技术及有关问题，进行了碳纤维复合材料孔隙率便携式超声智能检测系统的研制，给出了其系统实现。 第一章，绪论。简单介绍了超声学、超声无损检测以及超声信号处理技术，并从课题研究的社会背景和项目背景出发，指出了课题研究的意义及碳纤维增强复合材料孔隙率无损检测的重要性与存在的问题，引入了课题的主要研究内容。 第二章，碳纤维复合材料孔隙率超声测试技术研究。首先，介绍了复合材料的基本知识及其缺陷类型，探讨了复合材料孔隙率定量检测的重要性和必要性，指出：①孔隙缺陷是复合材料重要缺陷类型之一，完全没有孔隙的纤维增强复合材料是不存在的；②孔隙形状大小、含量多少对复合材料的物理、机械性能存在着重要的影响；③先进复合材料在高技术领域的应用，必要对复合材料孔隙率进行定量检测。其次，对复合材料孔隙率的传统测试方法和超声检测的有关理论研究进行了回顾和分析，指出：①破坏性孔隙率测试方法工序繁琐，成本较高，且不能满足现场实时检测的需要；②复合材料孔隙率超声测试方法是一种非常有效和实用的方法，可以满足现场实时检测的需要；③孔隙率测试理论的完善和发展有必要考虑孔隙自身的形态和分布特征与孔隙含量之间的关系。再次，利用显微照相分析系统，对复合材料孔隙形状和统计分布特征进行了观察和统计分析，结果表明：①孔隙含量与孔隙形态之间存在着关系，当孔隙率较小时，孔隙多呈圆星，且多发生在富树脂区域，当孔隙率较大时，孔隙呈椭圆形或延纤维方向的拉长形，当孔隙率更大时，孔隙多呈发生在层间的较大的扁平形；②孔隙的长度、面积尺寸在观察平面内近似服从对数正态分布，孔隙的宽度尺寸(即垂直于层间界面方向尺寸)变化不大。最后，对复合材料孔隙率超声测试进行了理论研究和实测分析：①基于脉冲反射方式建立了含孔隙形态分布特征的复合材料孔隙率超声相对衰减测试模型，并基于理论模型和实测数据建立了孔隙率相对衰减测试公式，对其精度进行了分析，指出超声信号时域幅值相对衰减测试公式可以用于复合材料实际孔隙率测试，并将其二次公式和三次公式进行了比较分析，结果显示二次公式可以代替三次公式，精度差别较小，而计算更为简单方便；②基于频谱技术和实测数据，对复合材料孔隙率测试进行了频域辅助分析，发现超声信号频率偏移与复合材料孔隙率近似存在着线性关系，可用超声信号相对频率偏移进行
论文目录:
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究的背景
1.2.1 课题研究的社会背景
1.2.2 课题研究的项目背景
1.3 课题研究的意义
1.4 课题研究的主要内容
1.5 论文的组织结构形式
1.6 论文的主要研究成果
1.7 本章小结
第二章 碳纤维复合材料孔隙率超声无损检测
2.1 复合材料孔隙率检测的基本知识
2.1.1 复合材料简介
2.1.2 复合材料缺陷与孔隙率定义
2.2 复合材料孔隙率测试方法
2.2.1 复合材料孔隙率测试方法
2.2.2 复合材料孔隙率超声测试
2.3 孔隙率超声无损检测研究的现状
2.3.1 孔隙率超声检测理论方面的研究
2.3.2 孔隙率超声检测经验或实测公式
2.4 碳纤维复合材料孔隙形态与分布
2.4.1 复合材料孔隙率实验测试
2.4.2 孔隙形态观察
2.4.3 孔隙形态与分布统计特征
2.4.4 孔隙含量与形态分布对复合材料性能影响
2.5 基于时域幅值分析的孔隙率超声衰减测试
2.5.1 超声波衰减的基本理论
2.5.2 超声波衰减的影响因素分析
2.5.3 孔隙率超声衰减测试理论建模
2.5.4 复合材料孔隙率测试结果与分析
2.6 基于频域谱分析技术的孔隙率超声测试
2.6.1 超声信号频谱分析技术简介
2.6.2 超声信号频谱分析系统模型
2.6.3 超声信号频谱分析的基本原理
2.6.4 碳纤维孔隙率测试超声信号频谱分析
2.7 本章小结
第三章 基于人工免疫算法的孔隙率超声测试信号缺陷预处理
3.1 引言
3.2 超声信号缺陷检测现代信号处理技术
3.3 人工免疫系统
3.3.1 生物免疫系统简介
3.3.2 人工免疫系统原理及工程应用
3.4 人工免疫算法
3.4.1 基于信息熵的免疫算法
3.4.2 免疫规划
3.4.3 免疫遗传算法
3.4.4 否定选择算法
3.5 人工免疫系统模式识别算法
3.5.1 算法生物免疫系统机制
3.5.2 算法机理
3.5.3 算法流程
3.5.4 简单算例
3.6 基于人工免疫算法的孔隙率检测缺陷预处理
3.7 本章小结
第四章 基于粒子群优化算法的孔隙率超声测试信号参数估计
4.1 引言
4.2 超声信号模型
4.3 超声信号参数估计的传统方法及分析
4.3.1 相关分析法
4.2.2 谱分析法
4.3.3 极大似然估计法
4.3.4 牛顿高斯算法
4.4 粒子群优化算法
4.4.1 算法原理
4.4.2 算法流程
4.4.3 收敛特性
4.4.4 参数选取
4.4.5 粒子群优化算法参数估计分析
4.5 粒子群阈值优化算法
4.5.1 粒子群阈值优化算法原理
4.5.2 粒子群阈值优化算法参数估计结果分析
4.6 孔隙率超声测试信号参数估计结果与分析
4.6.1 孔隙率超声测试信号特征参数估计
4.6.2 结果分析及展望
4.7 本章小结
第五章 碳纤维复合材料孔隙率便携式智能超声检测系统研制
5.1 引言
5.2 检测系统功能分析与整体构成
5.2.1 设计背景
5.2.2 总体功能设计与实现
5.3 检测系统硬件系统设计
5.3.1 硬件系统控制工作原理
5.3.2 硬件系统构成
5.4 检测系统软件系统设计
5.4.1 软件系统整体设计思想
5.4.2 软件系统构成
5.5 系统的进一步完善与发展构想
5.6 本章小节
第六章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 工作展望
参考文献
附录1 读博期间撰写科研论文情况
附录2 读博期间承担科研工作情况
致谢
发布时间: 2006-11-22
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