碳纤维复合材料主要缺陷无损检测和识别研究

论文摘要

复合材料在制造过程中,受工艺参数控制精度或人为疏忽等因素的影响,易在结构内部产生缺陷,从而影响复合材料的力学性能,有时还可能会造成灾难性的后果。无损检测以不破坏被测物体内部结构为前提,应用物理的方法,检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构,检查物体内部是否存在缺陷,从而判断被测物是否合格,进而评价其适用性。本文以工程应用为基础,结合穿透法C扫描和反射法A扫描的优缺点,以碳纤维复合材料制件内部常见缺陷为研究对象,系统研究了各种缺陷的判据。(1)理论研究。基于穿透法C扫描和反射法A扫描的测试原理、计算、信号特征分析,研究得出各种缺陷的判据。(2)试块制备。根据HB和实际产品特点,设计了模拟缺陷对比试块。采用模压工艺制备出分层、夹杂、脱粘、孔隙、疏松五种缺陷对比试块,对比试块满足相应的标准要求。(3)试块无损检测及分析。采用穿透法C扫描和反射法A扫描对试块进行扫描,并与典型的波形图对比。从穿透法C扫描图形中得出了缺陷的平面位置,通过对反射法A扫描图形分析,并与理论波形图进行对比,得出了缺陷的性质。分别采用CT或金相方法获得模拟缺陷的显微形貌,进一步验证了缺陷性质,同时验证了各种缺陷判据的正确性。(4)制品无损检测。对三件制品进行了穿透法C扫描和反射法A扫描,与缺陷的识别方法和缺陷的模拟对比试块所得到的反射法A扫描图形进行了比对,判断了缺陷的类型。结合CT、红外热波、金相等方法进一步验证了实际制品中存在的各种缺陷的类型,并对引起缺陷的因素进行了分析,为后续产品研制提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 CFRP主要缺陷类型与形成原因
• 1.2.1 主要缺陷类型
• 1.2.2 主要缺陷形成原因
• 1.3 复合材料超声波无损检测技术简介
• 1.3.1 超声波无损检测技术发展概况
• 1.3.2 超声波无损检测技术原理
• 1.3.3 穿透法C扫描与反射法A扫描
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 CFRP主要缺陷超声波检测特征分析与识别
• 2.1 分层缺陷超声波检测特征分析与识别
• 2.2 夹杂缺陷超声波检测特征分析与识别
• 2.3 脱粘缺陷超声波检测特征分析与识别
• 2.4 孔隙缺陷超声波检测特征分析与识别
• 2.5 疏松缺陷超声波检测特征分析与识别
• 2.6 本章小结
• 第三章 CFRP模拟缺陷对比试块无损检测效果分析
• 3.1 实验用主要原材料及仪器
• 3.2 无纬带制备与性能测试
• 3.3 碳纤维复合材料模拟缺陷对比试块制备
• 3.3.1 铺层方式
• 3.3.2 固化工艺
• 3.4 模拟缺陷对比试块超声检测效果分析
• 3.4.1 分层缺陷对比试块检测效果分析
• 3.4.2 夹杂缺陷对比试块检测效果分析
• 3.4.3 脱粘缺陷对比试块检测效果分析
• 3.4.4 孔隙缺陷对比试块检测效果分析
• 3.4.5 疏松缺陷对比试块检测效果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 CFRP制品超声波实测和分析
• 4.1 CFRP制品制备
• 4.1.1 CFRP制品结构形状
• 4.1.2 CFRP制品固化成型
• 4.2 CFRP制品内部缺陷检测分析
• 4.2.1 I#制品无损检测效果与微观形貌分析
• 4.2.2 II#制品无损检测效果与微观形貌分析
• 4.2.3 III #制品无损检测效果与微观形貌分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果