基于超声频域分析的碳纤维复合材料孔隙率检测

提出了一种基于超声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的检测方法，对碳纤维复合材料孔隙率的频域检测法进行实验分析和讨论，并通过具体示例进行验证，证实了该检测方法是可行的。     

含孔隙碳纤维复合材料的超声衰减模型

从碳纤维复合材料孔隙率的超声脉冲检测原理出发,在假设其它缺陷的影响已在定性分析中排除、或以当量及修正的方式引入的前提下,对于根据孔隙直径适当给定的检测频率,建立材料的超声衰减模型,并导出超声衰减系数与材料和孔隙缺陷的主要参数之间的理论与统计关系,为建立新的检测方法提供理论支撑,改变现有检测方法的检测结果与理论模型的不一致现象.其中作为中间结果之一所建立的碳纤维声衰减模型及相应导出的声衰减系数与碳纤维含量和碳纤维半径之间的关系,不仅可服务于本文的直接应用目标,而且对于基于超声衰减原理的纤维增强复合材料无损检测的其它方面也具意义.作为中间结果之二所建立的分布孔隙率超声衰减模型,考虑到材料中的孔隙按其半径分布,而不同半径范围的孔隙表现出相异的声衰减特性这一实际情况,在由单一半径孔隙率声衰减模型导出的理论关系中引入了孔隙率与孔隙半径相关关系的统计特征,由此给出了更符合材料实际情况的修正模型和求解关系式.     

碳纤维复合材料孔隙率超声衰减测试研究

探讨和分析了碳纤维复合材料孔隙率检测的各种方法以及理论方面的研究,指出材料内部孔隙形状与孔隙含量存在着相关性,孔隙含量超声衰减测量应考虑孔隙形貌因素,超声波频率因素对超声衰减孔隙含量测量存在着影响,不同频率超声波影响着超声衰减孔隙含量计算公式的具体形式,复合材料孔隙率检测的难点在于破坏性实验及孔隙特性不能与实测中超声信号充分点点对应,不能有效充分考虑孔隙特性,提出了一种基于孔隙特征的多分段拟合孔隙率超声衰减测试方法,并以一简单例子对多分段拟合结果进行了分析.     

基于旋转法的干涉仪系统误差标定

针对干涉仪高精度检测的需求,本文提出了旋转法标定干涉仪系统误差,实现绝对检测,从而提高检测精度.该方法根据Zemike多项式的性质,可以通过N次平分旋转和一次旋转法两种方法实现.本文对这两种方法分别做了详细的理论推导,并且给出具体实验结果与误差分析.实验结果表明,两种方法的测量结果基本一致,差值的PV值为0.006λ,...     

面向视觉测量的像素当量标定方法

像素当量是视觉测量系统中的重要参数,对最终测量精度有决定性的影响.设计了一种具有抗噪性且制作便捷的像素当量标定物.考虑标定面与测量面之间存在高度差问题,对高度差引起的误差进行了分析.引入亚像素技术,提出了一种基于形状匹配的像素当量标定方法.通过实验综合分析了物距、光照强度、标定物姿态单因素变化或耦合变化对像素当量标定结果的影响.结果表明,提出的基于形状匹配的像素当量标定方法具有良好的鲁棒性、实用性.     

基于碳纤维复合材料的柔性复合式触觉传感器

分析了碳纤维复合材料的敏感特性,基于该种材料良好的压力/温度敏感特性,设计了一种具备压力和温度同时检测功能的新型柔性复合式触觉传感器。利用2种碳纤维复合材料各自具有的不同压力和温度敏感特性构建了求解压力和温度的数学模型,基于该模型设计并制作了柔性复合式触觉传感器。通过对传感器标定及实验结果的误差分析表明,该传感器设计解决了压力和温度同时检测时存在的交叉干扰问题,实现了传感器的复合式功能。     

一种基于三消隐点的摄像机自标定算法

提出了一种对摄像机进行自标定的方法.该方法是利用自然场景中三组两两正交的平行线所获得的消隐点之间具备的约束条件来实现标定的,并能够对获取的消隐点进行优化校正.利用该方法开展了实验研究,并与采用传统标定方法得到的结果进行了比较,结果表明本文所提出的算法具有较好的应用前景.     

瞬变流衰减法管道泄漏检测的适用性（英文）

管道中的泄漏会导致瞬变流的衰减,通过计算可知泄漏对瞬变流不同频率的谐波分量的衰减作用具有特异性,根据这一原理,可以通过在管道中施加激励,测量激励信号传播过程中其不同谐波的衰减,从而对泄漏点进行定位.现有方法在理论模型和实验环境下可以得到较好的检测结果,但实际管道环境较为复杂,为了探究各种变量对检测精度造成的影响,本文通过流体仿真软件Flowmaster对实际应用中的管道的多种情况进行仿真,验证了该方法在不同条件下的适用性,得到了包括泄漏点位置,泄漏量大小,管道中的弯头、直径变化以及激励位置对测量精度的影响,提升了该方法的实用价值.     

面向固体发动机动态燃速测试的碳纤维复合材料超声衰减特性

精确测量推进剂燃速是研究固体火箭发动机弹道性能的关键需求.利用超声波回波法对燃速动态测试是目前最先进的方法之一.针对测量过程中超声波通过碳纤维发动机外壳时衰减程度大的问题,通过分析碳纤维复合材料中的超声波传播和衰减特性,完善了超声波在碳纤维复合材料中的传输模型.采用200 kHz～2 MHz的超声波探头作为激励源,搭建了超声波衰减系数测试平台对2～7 cm厚度碳纤维复合材料样本进行验证.结果表明,对同一厚度的样品测试时,频率每增加100 K衰减系数增加0.108～0.187 dB,使用同一超声频率测试时,厚度每增加1 cm衰减系数增加0.529～0.815 dB.通过此衰减模型可以为超声波检测频率的选取提供参考,有效提升固体火箭发动机的燃速测试精度.     

投影机镜头的MTF实时检测系统

目前还没有标准的方法来检测投影机镜头的MTF,为此我们提出了一种基于图像分析的投影机镜头MTF实时测试系统.本系统使用CCD作为成像接收器,采用基于图像分析的方法,通过分析单个像素成像同时获得投影镜头子午和弧矢两个方向上的调制传递函数(MTF).阐述了整个测试系统的构造及理论框架,着重分析了系统参数标定的重要性以及如何正确地进行系统参数标定;全面分析了影响测试结果的因素以及如何正确快速地修正噪声的影响.检测了质量合格与质量不合格的投影机镜头,并将结果同设计值的进行比较,实验结果表明了本系统及其处理方法的有效性.     

含孔隙复合材料超声衰减分析的细观有限元模型

基于DIGIMAT/FE建立含孔隙复合材料细观模型,模型涵盖纤维、树脂和孔隙三相,有效反映了复合材料真实的微结构和细观材料属性,结合通用的ABAQUS/EXPLICIT对细观模型施加超声波激励。通过提取超声波在材料内传播云图,建立了单向连续纤维增强复合材料超声衰减和孔隙率的关系。以T800/环氧树脂复合材料体系为例,研究孔隙尺寸对超声衰减系数模拟结果的影响,并将数值模拟结果与解析模型得到的经验关系进行对比,验证了模型的有效性。该方法能够有效地指导实验过程,为降低复合材料孔隙率、提高其性能提供理论依据。     

碳纤维复合材料对超声衰减的频域分析

采用反射法对两组不同碳纤维复合材料试块进行了超声检测, 并用快速傅立叶变换( FFT) 方法分析了信号的频域特征。结果表明: 超声衰减系数与频率之间存在线性关系, 而且其斜率随孔隙率的增大而增大。孔隙对超声波的衰减作用使超声信号的峰值降低、频宽变窄且使中心频率降低。超声信号矩心频率的偏移与孔隙率之间、超声衰减率与孔隙率之间均呈线性关系。频域内的特征量与孔隙率之间的线性关系为建立正确的孔隙率频域检测模型提供了基础。      

超声衰减谱法测量含蜡原油中蜡晶粒度

利用超声衰减法测量了不同频率不同温度下南海原油、丘陵原油和白油中的声衰减系数。同时,结合超声耦合相模型(Harker-Temple模型)和声散射模型(Bouguer-Lambert-Beer-Law模型)进行了数值研究,模拟出油样在两个不同频率下的声衰减系数以及它们的比值随蜡晶粒度的变化关系,较为准确地计算预测含蜡原油中声衰减系数。经过比较理论预测获得的声衰减模型与实验获取的声衰减系数,计算出了原油中所含蜡晶在不同温度下的平均粒度大小。结果表明,随着温度的降低,蜡晶的平均粒度大小呈增大趋势。测量结果与显微镜法测量所得结果进行对比,表明此方法应用到含蜡原油中蜡晶粒度大小的测量是可行的。     

RTM玻璃纤维/E51环氧树脂复合材料孔隙含量对超声特征参数的影响

在0.1~0.35 MPa的树脂注射压力条件下,制备了孔隙含量不同的玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂的树脂传递模塑（RTM）工艺试件,采用超声法、金相法和密度烧失法测量试件的孔隙含量。讨论了孔隙含量随树脂注射压力变化以及孔隙含量对RTM玻璃纤维/环氧树脂复合材料超声参数和力学性能的影响规律。结果表明,树脂注射压力的变化对孔隙含量产生明显影响,注射压力由0.1 MPa增加到0.35 MPa过程中,玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂复合材料的孔隙含量从9.95%减小至3.73%。超声特征参数随孔隙含量的增加呈近于线性递增,尤其是超声非线性特征参数的变化更加明显,超声特征参数的变化可评价复合材料孔隙含量。     

Effects of sand aggregate on ultrasonic attenuation in cement-based materials

Ultrasonic wave attenuation measurements have been successfully used to characterize the microstructure and mechanical properties of inhomogeneous materials; these ultrasonic techniques have the potential to provide for the in-situ characterization of microstructure changes in cement-based materials due to damage. Recent research has applied acoustic scattering models to quantitatively predict ultrasonic attenuation for evaluating the air void content in hardened cement paste. The objective of the current research is to investigate the influence of sand aggregate on the ultrasonic attenuation as a first step towards a full simulation of more realistic microstructures in real concrete. Hardened cement paste samples containing sand aggregate of varying volume fractions are considered. The research employs an independent scattering model and a self-consistent effective medium theory to predict the scattering-induced attenuation of longitudinal ultrasonic waves by the sand inclusions distributed in the cement paste matrix. The predicted attenuation coefficients are compared with measured ones. It is observed that at low volume fractions, both models provide a good estimate of the total attenuation in the specimens. These results indicate that it is possible to use a physics-based model to quantify the effect of sand aggregate on ultrasonic attenuation.     

内埋中空纤维法制备复合材料孔隙率标准试块的超声衰减特性

采用50D中空涤纶长丝埋入复合材料,模拟复合材料的孔隙,制备孔隙率标准试块。通过制备三种厚度(1.5,3.0和5.0mm)和五种孔隙率(0~5.76%)的碳纤维增强环氧树脂复合材料,采用超声C扫描测定不同孔隙率下复合材料的超声衰减,并和波音公司的标准试块进行了对比。研究了涤纶排列密度和在厚度方向上的排列位置对复合材料超声衰减的影响。结果表明,制备的标准试块和波音公司标准试块具有良好的一致性,用涤纶中空纤维模拟复合材料的孔隙率是可行的;随着涤纶排列密度的增加,孔隙率增加,超声衰减增加;在孔隙率不变的情况下,涤纶分布在不同的厚度位置上时,其复合材料的超声衰减基本一致。     

Ultrasonic Propagation and Scattering in Duplex Microstructures with Application to Titanium Alloys

A general model for elongated duplex microstructures is proposed for modeling scattering-induced ultrasonic longitudinal attenuation in hexagonal polycrystals for application to titanium alloys. The material system consists of microtextured regions (MTRs) which are formed by much smaller ?? crystallites with preferred orientations. Their preferred orientation is represented by a modified Gaussian orientation distribution function. Scattering induced by MTRs and by crystallites is added to obtain ultrasonic attenuation in the medium. The effective elastic properties of MTRs are determined and used to obtain the scattering-induced MTR attenuation and backscattering. Crystallite attenuation is estimated by the untextured attenuation coefficient factored by a texture transition function. The total attenuation is obtained by combining solutions for microtextured region attenuation and crystallite attenuation. Spectroscopic attenuation and backscattering measurements are performed on a forged sample of titanium alloy. Reasonable agreement is found between experiment and the model predictions with a given texture parameter.