先进复合材料超声无损检测新技术的应用

 针对航空航天高端装备制造与服役过程中复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测、快速检测、现场检测等问题,依托自主研制的新型超声检测系统开展实验研究,基于相控阵超声技术实现碳纤维增强树脂基复合材料L型构件R区孔隙、分层缺陷检测;基于空气耦合超声技术实现蜂窝夹芯复合材料脱黏缺陷检测;基于激光超声技术实现碳纤维树脂基复合材料孔隙、紧固孔分层检测及耐高温复合材料分层缺陷检测。分析了各项技术的关键问题、应用范围和发展方向。研究结果表明,应用超声无损检测新技术可以实现复合材料部件的复杂型面检测、非接触检测和快速检测,并且可以现场应用。     

CFRP索斜拉梁面内自由振动建模及参数分析

利用张紧弦和欧拉梁振动理论分别描述斜拉梁结构中索与梁的振动,通过索梁连接处的动态平衡条件,建立斜拉梁平面内自由振动理论.利用传递矩阵法和边界条件对斜拉梁结构平面内自由振动的特征值问题进行求解.同时,建立斜拉梁的有限元模型,有限元法所得结果与本文理论研究非常吻合,证明了本文理论和方法的正确性.最后对CFRP索斜拉梁平面内自由振动进行参数分析.研究表明,CFRP索斜拉梁的基本动力学性能优于传统钢索斜拉梁.     

高密度面波法在堆石体结构密实度检测中的应用

针对高密度面波法在堆石体结构密实度检测中的检测指标及评价标准问题,基于堆石体结构的典型功能层结构建立2维有限元模型,综合考虑了不同密实度类型,模拟高密度面波检测过程,并对数值模拟结果进行频散分析,建立在不同密度堆石层中波的传播速度与堆石体结构密实度的相关关系.以吴淞导堤堆石坝为对象,实施高密度面波法现场数据采集及分析,详细介绍了堆石体结构检测中的实施过程及数据处理方法,通过频散分析及构造反演,得到导堤结构的速度 深度分布,并利用速度-密实度相关关系对导堤结构密实度的空间分布进行了评价.     

高速加工中的速度规划与段间连接

在复杂型面高速加工中,针对离散速度控制的特点,采用基于时间分割的前加减速算法对前瞻处理后的路径进行离散速度规划;在满足周期性、速度、加速度和定位要求的前提下,对速度规划后的残余长度在减速段进行平摊处理;对于无法进行平摊的残余长度,给出了空间直线与圆弧相互连接的计算公式.结果表明,该方法能够满足复杂型面高速加工的插补精度和加工效率要求.     

超声相控阵检测CFRP缺陷识别方法

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其特殊的性能广泛应用在不同领域,然而缺陷的存在严重影响材料的性能,造成重大的经济损失,甚至存在安全隐患,因此,碳纤维复合材料的无损检测与缺陷识别已成为该领域的研究热点之一.利用超声相控阵系统检测CFRP中3种常见缺陷——分层、夹杂和脱粘,得到原始A扫信号,运用小波包变换理论,提取样本特征值,建立并训练BP神经网络,对3种缺陷进行识别,识别率达到95.7%.结果表明:利用超声相控阵技术可以提高缺陷检测效率,对缺陷有良好的成像效果;小波包与BP神经网络的结合,对CFRP中的不同缺陷有较高的识别率.     

碳纤维布加固指接木梁的强度性能

通过有限元分析木梁和指接梁的典型破坏特征,对不同构件的CFRP进行加固分析,得出提高指接木梁弯曲承载能力的加固模式.考虑材料线性和非线性本构关系,以及损伤因素对碳纤维布加固指接木梁的力学影响,利用ABAQUS 软件对指接点进行有限元分析,建立简化模型,设计出精确描述模型损伤行为和性能的数值方法.结果表明,运用CFRP加强材来增强木梁力学性能的方法有效,木梁的变形性能得到明显改善.     

强迫激励下CFRP斜拉索面内分叉特性

基于CFRP斜拉索横向各向同性假设的动力学理论,研究在强迫荷载作用下CFRP斜拉索的面内非线性动力学行为.将CFRP斜拉索的空间动力学控制微分方程约化处理得到面内运动控制微分方程,通过无量纲处理后,利用Galerkin方法进行一阶模态截断,得到CFRP斜拉索在强迫激励下面内运动常微分控制方程.利用4阶龙格库塔法对微分方程进行数值积分,得到在不同激励荷载作用下CFRP拉索的时间历程图、相图和功率谱图,进而对其非线性动力学行为进行研究.研究结果表明,在强迫激励下CFRP斜拉索有较为丰富的非线性动力学行为.     

超声红外热波检测多模式激励的数值仿真

针对超声红外热波检测中出现的驻波问题,提出了多模式激励方式消除驻波影响的方法.建立了含裂纹缺陷的复合材料构件有限元模型,并采用双源激励超声热波检测方法进行了检测仿真分析.结果表明:多模式激励方法能够使构件的响应波形中产生更为丰富的次谐波和高次谐波,可有效消除驻波的影响,提高超声热波技术的检测能力,并且可以避免对材料造成二次损伤.     

超千米级CFRP与钢组合拉索斜拉桥动力性能分析

为研究超千米级碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合拉索斜拉桥动力性能,参考苏通大桥设计参数,选择优化的组合拉索面积比,分别建立1 400 m CFRP与钢组合拉索斜拉桥有限元模型以及全钢、全CFRP拉索斜拉桥2个对比模型.首先,对组合拉索斜拉桥以及对比模型的固有频率和振型进行计算.然后,选择典型地震波进行地震动响应时程分析,并分别研究一维激励和三维激励2种输入形式.最后,采用规范法,从颤振稳定性、静力扭转稳定性以及抖振振幅估计3个方面对抗风稳定性进行分析.结果表明:采用合理优化面积比0.35,可使CFRP与钢组合拉索斜拉桥的抗震性能不仅优于传统钢拉索设计以及价格昂贵的全CFRP拉索设计,而且其主要构件内力数值也较低;对于抗风稳定性,组合拉索斜拉桥略低于全钢拉索设计,但明显优于全CRFP拉索设计,可在减轻拉索自重的同时提高其经济性能.     

碳纤维复合材料座钣承载性能试验研究与仿真

通过射击试验对碳纤维复合材料（CFRP）座钣的承载性能进行了研究,采用ABAQUS建立了CFRP座钣-土壤耦合有限元模型,分析了装药量和射角对CFRP座钣力学响应的影响.仿真和试验结果具有良好的一致性,验证了该有限元模型的合理性.综合分析表明:CFRP座钣的强度、刚度基本满足使用要求;当射角相同时,CFRP座钣的最大应力值和最大位移值随着装药量的增加而增加;当装药量相同时,CFRP座钣的最大应力值和最大位移值随着射角的增加而减小.      

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

超声波波速与透水混凝土性能关系的试验研究

通过正交试验对透水混凝土进行配合比设计，测试了透水混凝土的孔隙率、干密度、渗透系数、抗压强度、抗折强度与抗冻等级，通过极差分析对试验结果进行分析，得出骨料粒径、水胶比和孔隙率对各项基本性能的影响规律。运用超声波检测技术对透水混凝土试件的超声波波速进行了测定，研究了超声波波速与各项基本性能之间的关系。在冻融试验中研究了超声波波速随冻融循环次数增加的变化规律，并构建它们的量化模型。结果表明,超声波波速与透水混凝土各项性能指标的相关性良好。本文为使用超声波波速评价透水混凝土各项基本性能及冻融损伤程度提供了理论依据。     

早龄期受硫酸盐侵蚀下的混凝土分层腐蚀模型

为研究早龄期受硫酸盐侵蚀下混凝土的损伤劣化规律,本文采用压汞法（MIP）测定了清水环境和硫酸盐环境下不同腐蚀龄期混凝土试样的孔隙率,利用分光光度法测定了混凝土中硫酸根离子的分布,并测试了不同腐蚀龄期混凝土的超声波声速值。结果表明：清水组中混凝土的孔隙率先降低后逐渐趋于一个定值,硫酸钠溶液中混凝土的孔隙率则先降低后增加;混凝土超声波声速值的变化规律与孔隙率的变化规律呈负相关性。最后,结合硫酸根离子的分布规律和Fick第二定律,建立了腐蚀混凝土分层理论计算模型,并利用混凝土密实速率系数评估了混凝土的损伤劣化进程。     

用于管道焊缝检测的激光超声系统

针对石油管道焊缝检测中被测样品粗糙,作业环境恶劣等问题,基于光折变晶体内双波混合干涉原理,研制了高频激光超声测振仪,结合激光超声的激励技术,设计了一种可用于检测石油管道表面及内部焊缝缺陷的激光超声检测系统.利用该系统分别对缺陷在表面和内部的管道焊缝试块进行了超声激励和检测实验.实验结果表明,该系统能有效地分析出被测样品表面以及内部缺陷的位置以及相应深度,检测分辨率达到0.01 mm,缺陷位置检测误差控制在2%以内.该检测系统结构紧凑可靠,操作简便,开发的高频激光超声测振仪能工作在管道焊缝检测的常见作业环境(70~75 d B低频环境噪声),具有一定的适用性.     

混凝土超声声速与强度和弹性模量的关系研究

在超声无损检测法的基础上，对四种不同强度等级、不同龄期标准混凝土试块进行超声波测试，同时作了抗压强度和弹性模量试验，通过试验得出了抗压强度、弹性模量和超声声速之间的函数关系式。     

钢纤维混凝土的超声测强试验

对240组钢纤维混凝土试件进行了超声波检测，研究其抗压强度并对试验结果进行回归分析，建立钢纤维混凝土检测的超声波波速与抗压强度之间的超声波测强曲线．结果表明，利用该曲线测定超声声速可推定钢纤维混凝土的强度．超声波检测方法用于钢纤维混凝土无损检测是可行和适用的．     

声波透射法在桥梁桩基检测中的案例分析

用声测法对桥梁桩基进行检测,通过对声速,波幅,PSD等声学参数进行分析,判断出缺陷出现的位置及严重程度,最后通过钻芯取样来验证 ,实际结果与超声波透射法判断结果相符合,从而做到理论与实际相结合。     

SUS306不锈钢平均晶粒尺寸的超声无损检测及其评价

对经过高温热处理的SUS306不锈钢模拟试样进行接触型脉冲反射法高频超声检测实验,对获得的回波信号进行分析,研究衰减系数、速度、底面反射波峰值频率、背散射波强度等超声特征参数的变化情况,建立这些参数与被测材料平均晶粒尺寸的关系,对利用超声脉冲反射技术进行材料热疲劳损伤进展的无损检测与评价具有实际意义.     

CFRP预警传感器的研究

利用碳纤维增强复合材料(CFRP)的导电性和压电效应,根据碳纤维断裂时所形成的电阻阶跃信号,分别采用直接铺层和预先铺层2种方法制成对结构不同状态进行监测的CFRP预警传感器,该预警传感器具有造价低、耐腐蚀、监测信号易于获取等优点,并将此传感器应用于5根钢筋混凝土梁的试验研究.结果表明,CFRP预警传感器对于钢筋混凝土梁宏观行为的预测具有较好的效果,在混凝土开裂、钢筋屈服等关键时刻,其电阻信号发生突变,触发预警信号,该传感器对于钢筋混凝土类构件的监测具有实用性.