基于随机孔隙模型的CFRP孔隙率超声检测研究

为解决碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)孔隙率超声衰减法检测中,理论值与试验值存在差异的问题,基于随机介质理论,建立CFRP孔隙特征的数学描述方法。该方法利用极值搜索法对椭圆形自相关函数随机介质构造方法进行改造。通过正交试验分析各构造参数对随机孔隙构造结果的影响,并利用CFRP试样的大量孔隙形态及分布统计数据,对自相关长度ab、自相关长度比r0=a/b及分区边长D等参数进行优化,最终构建CFRP随机孔隙模型。研究发现,随机孔隙模型能够反映孔隙的形貌及分布等随机特征,为研究CFRP孔隙对超声波的散射作用提供理论依据。根据此模型计算出的超声衰减系数与孔隙率对应关系与试验结果之间规律一致。表明该随机孔隙模型能够很好地表征CFRP的整体弹性性能及由随机孔隙引起的局部弹性微扰。     

等离子喷涂纳米ZrO_2功能梯度热障涂层的孔隙结构

采用大气等离子喷涂技术制备了纳米ZrO2功能梯度热障涂层,采用定量金相分析技术分别研究了表面陶瓷层、中间层及界面处的孔隙率、孔隙尺寸和孔隙形状.结果表明:各区域的孔隙率、孔隙尺寸和孔隙形状系数服从各自相似的概率分布;界面处孔隙率最高为6.87%,表面陶瓷层和中间层孔隙率略低;涂层中尺寸在1μm以下的孔隙数量最多,约占65%;孔隙大多呈等轴状,所占比例在70%～73%之间.     

多孔预制体对SiC/Al复合材料孔隙率的影响

采用无压浸渗法制备了SiC含量较高的SiC/Al复合材料,分析了造孔剂添加量对多孔预制体孔隙率的影响,利用铝液浸渗多孔体理论分析了多孔顸制体孔隙结构对复合材料孔隙率的影响.结果表明:通过添加造孔剂可以调节多孔预制体的孔隙结构,使预制体的孔隙率增加;多孔预制体的孔隙结构的变化可以调节复合材料的孔隙率.多孔预制体的孔隙率越高、孔隙尺寸越大,则铝液浸渗畅通,复合材料的孔隙率越小.     

采用新型硬脂酸造孔剂烧结制备多孔NiTi合金的结构及性能

采用可低温分解的硬脂酸颗粒为造孔剂结合梯级粉末烧结法制备了多孔Ni50.8Ti49.2合金,分析了其孔隙形貌、相变温度及力学性能等,并与采用碳酸氢铵和尿素造孔剂的多孔合金进行了比较。结果表明:采用硬脂酸造孔剂制备的多孔NiTi合金的孔隙接近球形、边缘圆整,孔隙率可控,合金具有优良的力学性能和稳定的线性超弹性;随着孔隙率的增大,其相变温度降低,抗压强度下降明显,形状回复率也降低;与另两种造孔剂相比,相同孔隙率下,采用硬脂酸造孔剂制备的多孔合金的力学性能较优,但形状记忆效应较差。     

灰垢超声波特性研究

介绍了输灰管道灰垢的层状结构，论述了超声波测量灰垢的原理及其系统组成，利用脉冲透射技术，以铝试件作为对比试块，测量并计算出灰垢在不同频率下的衰减系数，并分析了影响灰垢衰减系数的因素。     

低孔隙率碳纤维复合材料的时频模型和局部孔隙检测

本文研究了孔隙率不高于1%的低孔隙率碳纤维复合材料(CFRP)的时频模型和局部孔隙检测方法。将现有的超声波在CFRP内传播的频域模型扩展到时频模型,通过仿真验证了共振结构噪声的存在,研究了共振结构噪声和局部孔隙形成的缺陷回波的频率差异。在此基础上,提出应用变分模态分解分离高频随机噪声和共振结构噪声,提取包含缺陷回波的低频成分进行局部孔隙检测。提出能量函数和瞬时增益的概念,以克服由于声波能量随传播距离降低而造成的近表面信号对远表面信号的遮蔽效果。对低孔隙率CFRP试块的实验表明,基于变分模态分解和瞬时增益的方法能够有效抑制噪声干扰、克服遮蔽效应,实现局部孔隙的准确检测。     

喷射电沉积制备多孔金属镍工艺

采用喷射电沉积方法,在直流不同加工参数条件下制备了多孔金属镍;利用扫描电镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对试样的显微结构进行了观察和分析;研究了喷射参数对制备多孔金属的电沉积速率、表面形貌及孔隙率的影响.结果表明:在喷射距离为20 mm,电流密度为500 A·dm-2的条件下,随着喷射流量的增大,沉积速率减小,孔隙率增大,孔隙均匀度减小;采用喷射流量为100 L·h-1时,得到孔隙分布致密均匀、孔隙率为70.1%的多孔金属镍;沉积层表面随喷射流量的增大趋向平整,晶粒明显细化,但是结晶形态无明显变化.     

孔隙对纤维增强聚合物基复合材料层压板力学性能影响的研究进展

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从理性层面研讨了孔隙率、孔隙形态和孔隙大小等对复合材料结构力学性能的影响;从实验角度阐述了含孔隙复合材料的性能模拟、细观机制模型和有限元模型的研究进展;指出了纤维增强聚合物基复合材料孔隙问题的未来研究方向。     

复合材料支架的仿生界面设计与有限元优化方法

研究光固化成形复合材料支架的材料界面分层问题。以关节软骨下骨板为仿生对象,提出骨软骨复合材料支架的界面结构仿生设计与优化方法。在构建关节软骨下骨板表面孔隙结构模型(面孔隙率为6.7±0.71%,孔隙分布夹角为40°~50°或80°~90°)的基础上,建立PEGDA/β-TCP软骨复合支架的仿生界面结构模型和有限元分析模型。结合多目标优化方法确定影响骨体孔隙成形性及其与软骨层分层的关键参数为孔隙直径、结构单元(三边形、四边形、六边形)、孔隙间距(边长)、面孔隙率;确定具有四边形结构单元,面孔隙率为5%~15%,孔隙尺寸为不小于400μm的界面结构具有良好的骨体孔隙结构成形性和较好的界面材料结合能力。该方法为复合材料支架仿生结构设计与制造一体化的研究提供新的评估与预测手段。     

碳纤维复合材料缺陷的超声检测及材料力学性能仿真研究

碳纤维复合材料内部结构的健康程度将直接影响到零部件的整体性能.采用高频超声衰减法对碳纤维复合材料进行内部无损检测.在超声波频率为30 MHz、探头距离工件表面1 cm、等离子水介质条件下,通过超声C扫描、X扫描,分析和确定内部缺陷位置及形状,并通过剖切试样,采用光学显微形貌表征对内部缺陷进行确证.采用ABAQUS对层间...     

颗粒弥散强化金属陶瓷材料传热特性研究

为解决现代工业制造中,颗粒弥散强化金属陶瓷复合材料有效导热系数测量困难、传统模型理论模型有缺陷,测不准等问题,将平均积分法和热阻串并联法应用到新模型之中。开展了界面热阻、颗粒性状和孔隙对复合材料有效导热系数影响的分析,建立了复合材料等效导热系数的通用表达式,在模型预测复合材料导热系数上提出了新的方法。然后对界面热阻、孔隙、颗粒形状等因素对复合材料导热系数的影响进行了评价。研究结果表明,在颗粒弥散强化陶瓷复合材料中,复合材料的有效导热系数随着填充颗粒的体积分数增大而增大,随着气孔率的增加而减小,随着填充颗粒的形状因子增大而增大;计算值与实验数据相吻合,误差小、模型适用范围广,证明了公式的正确性。     

超声电铸镍-氧化铈纳米复合材料的研究

在电铸工艺中引入超声波,制备了Ni-CeO2纳米复合材料,考察了超声波对电铸速率、电流效率的影响,并对纳米复合材料的表面形貌和显微硬度进行了分析和测试。结果表明,超声波可以提高电铸速率和电流效率,使CeO2纳米颗粒更加均匀地弥散于纳米复合材料中。与无超声下制备的Ni-CeO2纳米复合材料相比,超声作用下制备的纳米复合材料的晶粒得到细化,其组织更加均匀致密、表面更平整,纳米复合材料的显微硬度明显提高。     

碳纤维复合材料孔隙率的超声评价方法研究

孔隙是碳纤维复合材料内部最常见的缺陷之一,空隙的大小及分布对构件的力学性能有重大影响。以热压成型的碳纤维单向增强复合材料为检测对象,利用超声衰减法和非线性超声检测方法对三种孔隙率不同的试样进行对比试验,提取超声检测的特征参量,实现了对碳纤维复合材料孔隙率大小的表征。     

温湿环境下紫外照射对玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂基复合材料的影响

对玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂基复合材料在温湿环境下进行了人工紫外照射老化试验,研究了紫外老化对复合材料的质量损失率、巴氏硬度、拉伸与弯曲力学性能及其失效形态等的影响,并对其微观形貌和结构进行了分析。结果表明:随着紫外老化时间的延长,复合材料的质量损失率不断增加;照射面巴氏硬度低于未照射面的,巴氏硬度保留率随紫外老化时间的延长呈先增大后减小的趋势;随着紫外老化时间的延长,复合材料的拉伸和弯曲强度均呈先增大后缓慢降低的趋势;老化后复合材料中的孔隙率和韧性白色条带数量增加,呈现出明显的层片状海浪花样;复合材料中存在化学键断裂的现象,紫外照射使其化学结构发生了变化。     

纤维增强复合材料物理测试技术研究

随着复合材料应用逐渐广泛，对复合材料性能的要求越来越高，而影响复合材料性能的因素很多，如材料中的孔隙率、孔隙分布和孔径大小都会影响材料的力学性能和使用性能。微观组份的均匀性、界面结合状态等对复合材料的强度、耐蚀性都有很大影响。本成果应用光学显微镜、图象分析仪、扫描电镜，透射电镜、X光电子能谱仪等现代物理测试仪器，对树脂基玻纤增强及玻／碳混杂纤维增强复合材料的微观组份相形态、孔隙、界面等作了全面的分析研究。提出了较系统的适合于复合材料的微观测试方法。从失效分析着手，重点对纤维增强复合材料失效影响较…     

机械密封端面形貌的三维重建及其表征

为了准确方便地描述机械密封端面的三维形貌及泄漏通道,基于密封环端面断层扫描二维图像,研究开发了机械密封端面形貌三维重建程序;提出了机械密封端面形貌的表征参数,并建立了基于体素的密封端面计盒维数和孔隙率算法。研究结果表明：基于断层图像的密封端面三维重建形貌能有效地反映密封端面的三维计盒维数和孔隙率等参数;层与层之间的面孔隙率具有一定的变化规律,在体孔隙率不变的情况下,改变各断层面孔隙率的分布,可以控制动静环密封端面间泄漏通道的形成及泄漏通道的大小;当采样层数较少时,采样层数对计算结果影响较大,在采样层数达到一定数值后,采样层数对计算精度的影响越来越小。     

用于碳纤维复合材料孔隙率检测的便携式超声仪器研制

摘要针对航空领域专用的碳纤维复合材料板材，以超声波的声衰减模型为基础，研制了用于孔隙率检测的便携式超声仪器。介绍了检测原理、硬件体系结构和软件的开发思想。仪器采用笔记本电脑控制信号的采集、处理和显示，系统轻巧，便于携带，能够快捷、准确地完成碳纤维复合材料板孔隙率的检测，非常适合现场使用。     

孔隙率对Al_2O_3陶瓷涂层绝缘轴承绝缘性能的影响

采用等离子喷涂工艺在轴承外圈上喷涂Al_2O_3陶瓷绝缘涂层,对涂层厚度、微观结构、孔隙率及绝缘性能进行检测,结果表明:等离子喷涂Al_2O_3陶瓷涂层结构中存在一定数量的孔隙,不同喷涂工艺参数下,孔隙率在1%~8%之间;孔隙率对涂层的绝缘性能影响较大。     

碳纤维复合材料孔隙含量超声反射波频域建模测试研究

用超声反射法对碳纤维复合材料试块进行孔隙含量检测,探讨基于超声反射波频谱分析理论建模与实验标定的碳纤维复合材料孔隙率测试方法。对碳纤维复合材料超声反射波信号频域特征参数进行实验分析和讨论,利用信号的频域特征参数无损检测碳纤维复合材料微孔隙含量,实验结果表明,该方法是一种有效的技术途径。     

随机孔径对非均质多孔泡沫材料渗透性影响的数值模拟

根据多孔泡沫材料的微观结构,建立了非均质多孔泡沫材料随机模型,引入孔隙均匀度参数表征孔径的随机分布,采用Ansys有限元软件对非均质多孔泡沫材料内空气的流动过程进行数值模拟,提出了非均质多孔泡沫材料渗透率的函数式,研究了随机孔径对非均质泡沫材料渗透性的影响。结果表明:所建立模型的模拟结果与参考文献的试验结果吻合较好;孔隙率和孔隙均匀度同时影响非均质多孔泡沫材料的渗透率,孔隙率越大渗透率越大,孔隙均匀度越大渗透率越小。