第1届上银优秀机械博士论文奖——佳作奖复合板超声导波检测理论与技术.pdf

2013年 1月 王敏杰等：高速切削过程绝热剪切局部化断裂判据 163 machiningofhardenedsteel[J]．MaterialsScienceand Ti一6A1-4V Targets[J]． Materials Science and Technology，2011，27(3)：625-630． Engineering：A，2009，516(1-2、：205-216． [24]MARTINEZF，MURRL，RAMIREZA，eta1．Dynamic deformation and adiabatic shera microstructures 作者简介：王敏杰(通信作者)，男，1958年出生，教授，博士研究生导 associatedwithballisticplug formation nad fracturein 师。主要研究方 向为金属切削、先进制造、模具技术及高分子材料塑性 Ti-6A1—4V Tragets[J]． Materials Science and 成形技术。 Engineering：A，2007， 454：581-589． E-mail：mjwang@dlut．edu．ca [25】MURR L，RAMIREZ A ，GAYTAN S，eta1． 谷丽瑶，男，1983年出生，博士研究生。主要研究方 向为高速切削理论 Microstructureevolutionassociatedwithadiabaticshera 与先进制造技术。 bnadsandshearbna dfailureinballisticplugformationin E-mail：guliyao0922@163．com 第 1届上银优秀机械博士论文奖——佳作奖 复合板超声导波检测理论与技术 作者：许寒晖 毕业学校：北京理工大学 指导教师：徐春广 复合材料具有质量轻、成本低、比强度和比模量高等诸多优点，被广泛应用于航空航天工业和其他高新技术领域中。但 复合材料在制造和使用过程中，会产生各种缺陷，对复合板构件的安全使用造成威胁。其中，对复合板层合结构安全影响最 大的是脱粘缺陷和孔洞缺陷。局部脱粘会引起刚度降低，在外力作用下，局部脱粘会发生扩展产生分层导致材料总体失效。 孔洞缺陷破坏了材料的整体性，在外载荷作用下会引起缺陷周围应力集中，易造成复合材料基体发生断裂。超声导波对复合 板中的脱粘和孔洞等缺陷极为敏感，被认为是 目前最有前景的板结构缺陷检测方法。然而，目前导波的传播特性研究还不完 善，对超声导波在复合材料中的传播特性以及超声导波与缺陷的作用机理分析仍存在较大困难。此外，由于复合材料结构往 往较为复杂，尤其是多层复合材料，使得超声导波检测技术的实用化还存在较多问题。 本文 以复合板中的脱粘缺陷和孔洞缺陷的超声导波量化检测为主要 目的，以超声导波为主要手段，对陶瓷基复合板和碳 纤维．环氧树脂复合板中的超声导波传播特性进行了大量研究，并提出了相关的量化检测方法。具体研究内容概括如下。 (1)从单层板弹性性能分析入手，分析了单层各 向同性板与各向异性板中的平面波性质。在分析单层板中导波特性的基 础上，采用全局矩阵法对多层复合板中导波建模，得到了多层复合板中导波的频散特性曲线。 (2)采用含阻尼的动力学有限元模型对材料中导波的传播过程进行正演，研究材料中缺陷与导波的作用机制，为提取缺 陷信息提供理论指导。 (3)将时频分析方法应用于多模式导波信号处理，得到接收信号的时频域联合分布，并与导波的理论时频分布曲线对比， 实现对多模式导波信号的模式识别。 (4)针对含脱粘缺陷陶瓷基复合板和碳纤维．环氧树脂纤维复合板中导波信号的特点，提出了基于超声导波的复合板脱粘 缺陷量化方法。 (5)针对复合板中孔洞缺陷具有较强边界反射的特点，提出了椭圆定位成像算法，综合利用接收信号的全波信息，得到 复合板中的孔洞缺陷图像，实现了孔洞缺陷的量化检测。 (6)研制了复合板脱粘缺陷超声导波检测系统，编制了相关软件，实现了对脱粘缺陷的准确检测。此外，在系统复合板 脱粘缺陷超声导波检测系统基础上，开发了具有多换能器阵元收发控制的超声换能器阵列成像系统，验证了本文所提出缺陷 量化检测方法的可靠性和有效性。