论文题目：基于光麦克风的CFRP板材缺陷激光超声检测技术研究
摘要：碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）作为近年来发展最为迅速、应用最为广泛的复合材料之一,凭借其比强度高、比模量高、疲劳强度高等优异性能,在航空航天、船舶、汽车、医疗及能源等领域发挥重要作用。受生产工艺与工作环境的影响,CFRP板材内部易产生各类缺陷,为保证CFRP结构件的高质量与可靠性,有必要在制造与使用中对其进行缺陷检测。传统检测方法的局限性使其已难以满足工程中对检测精度的要求,因此需要一种灵敏、可靠的无损检测技术对CFRP板材进行检测。激光超声检测技术作为新兴的无损检测技术能满足对CFRP板材缺陷检测的要求,其中以光麦克风作为超声信号接收装置的激光超声检测技术具有非接触、无损伤、对超声信号灵敏度高、检测精度高等优点,适用于各种恶劣环境,具有广阔应用前景。本文将针对基于光麦克风的CFRP板材缺陷非接触式激光超声检测技术开展深入研究。首先,本文分析了脉冲激光作用于CFRP板材激发超声波的过程,建立了脉冲激光激励CFRP单层板的热力耦合数值仿真模型,仿真分析了脉冲激光激励下CFRP单层板中超声波的传播规律以及激光参数和CFRP内部缺陷厚度对超声波传播规律与幅值的影响。其次,研制了基于光麦克风的非接触式CFRP板材缺陷激光超声检测试验系统,完成硬件平台搭建与基于LabVIEW软件的数据采集与处理程序开发,实现硬件与软件部分协调控制,研究了超声信号的小波阈值降噪算法和缺陷的识别与成像方法。通过采集不同激光能量下的超声信号,验证了系统的稳定性。最后,利用研制的检测系统对制备的CFRP样件内部不同深度、不同尺寸的模拟缺陷进行激光超声A、B、C扫描试验研究,得到了基于最小值、声程以及沿时域不同时刻和沿频域不同频率截取的内部缺陷的激光超声C扫描检测特征图像;对上下浅表面缺陷和碳纤维铺设方向进行C扫描成像检测,与红外热成像检测进行对比试验,验证了激光超声检测方法对埋藏较深缺陷的检测能力更强;建立内部缺陷厚度计算方法,实现对CFRP平底孔缺陷的三维成像。
关键词：CFRP板材;激光超声;缺陷检测;光麦克风
学科专业：机械工程（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 CFRP板材缺陷常用检测方法
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.3.3 国内外研究现状分析
1.4 课题主要研究内容
第2章 脉冲激光作用CFRP激发超声波理论与仿真研究
2.1 引言
2.2 CFRP板材中激光激发超声波的理论分析
2.2.1 热传导理论模型
2.2.2 热力耦合理论模型
2.3 CFRP板材中激光激发超声波的有限元仿真分析
2.3.1 激光超声的有限元方程
2.3.2 激光超声仿真模型的建立与求解
2.3.3 脉冲激光激发的物理场分析
2.3.4 脉冲激光参数对超声波的影响分析
2.3.5 内部缺陷对超声波的影响分析
2.4 光麦克风与样件位置仿真优化
2.4.1 光麦克风与样件表面的间距优化
2.4.2 光麦克风与激光激励点间距优化
2.5 本章小结
第3章 CFRP板材缺陷激光超声检测系统研制
3.1 引言
3.2 CFRP板材缺陷的非接触式激光超声检测试验系统研制
3.2.1 CFRP板材缺陷的非接触式陷激光超声检测试验原理
3.2.2 CFRP板材缺陷激光超声检测试验系统平台搭建
3.2.3 CFRP板材缺陷激光超声检测试验系统软件开发
3.2.4 激光超声成像方法研究
3.3 激光超声信号处理与检测试验
3.3.1 激光超声信号的小波阈值去噪
3.3.2 激光超声信号检测试验
3.4 本章小结
第4章 CFRP板材缺陷激光超声检测试验研究
4.1 引言
4.2 CFRP样件制备及试验参数对检测结果的影响分析
4.2.1 试验样件制备
4.2.2 对比度及信噪比定义
4.2.3 单点采集次数对检测结果的影响
4.2.4 扫描步长对检测结果的影响
4.3 CFRP板材缺陷的激光超声扫描成像检测试验
4.3.1 基于反射法的CFRP板材缺陷激光超声检测试验研究
4.3.2 基于透射法的CFRP板材缺陷激光超声检测试验研究
4.3.3 CFRP多层缺陷激光超声检测检测试验研究
4.3.4 CFRP板材碳纤维铺设方向激光超声检测试验研究
4.3.5 CFRP缺陷激光超声检测与红外热波检测对比试验研究
4.4 CFRP板材分层缺陷厚度计算
4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢