一種基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法

2023-04-27 11:09:51 3

一種基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法
【專利摘要】本發明屬於複合材料及無損檢測【技術領域】，涉及一種基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法。本發明方法的實現包括：超聲換能器、超聲檢測單元、孔隙率評估建模、孔隙率建庫等主要部分。利用已知孔隙率含量的複合材料試塊通過測量檢測信號得到超聲參數，建孔隙率評估模，按照被檢測複合材料的種類和成型工藝方法，建立孔隙率資料庫，用於建模的複合材料試塊相鄰孔隙率含量級差範圍為0.5%—1.0%。通過選擇複合材料孔隙率資料庫中的對應材料和工藝類型，實現不同複合材料的孔隙率超聲數值評估，並可實時進行孔隙率數值的自動報警、記錄、保存等。可用於複合材料工程結構的室內外孔隙率數值評估與檢測，且不需要特殊制樣，快速高效，無汙染。
【專利說明】一種基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法【技術領域】
[0001]本發明屬於複合材料與無損檢測【技術領域】，涉及一種基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法。
【背景技術】
[0002]隨著複合材料在受力結構中的推廣應用，在複合材料結構設計和結構製造過程中，需要對複合材料孔隙率進行檢測和評估，防止孔隙率的含量超過設計允許的安全閾值。目前，在複合材料製造過程中，主要是採用的複合材料孔隙率抽樣方法來間接的推測實際複合材料零件的孔隙率含量:具體的方法是:(1)利用對隨爐件的取樣和制樣，然後進行金相觀察，觀察制樣斷面是否存在空隙，並以此來推測同爐的複合材料零件是否有孔隙率；
[2]利用從複合材料零件切下的邊角餘量進行制樣，然後進行金相觀察，觀察制樣斷面是否存在空隙，並以此來推測複合 材料零件是否有孔隙率。由於複合材料在製作過程中，孔隙率具有十分強烈的隨機分布特點，再加上複合材料自身的強烈離散性，中這兩種方法最為顯著的不足是，都不能得到實際複合材料零件中的孔隙率分布，而僅僅是一種基於理論上的工藝等同和工藝質量嚴格均勻的假設，與實際情況相差頗遠，而且需要特殊制樣，周期長，效率低，存在環境汙染，目前在複合材料等工程結構上難以推廣應用；(3)利用超聲波在複合材料中的底波衰減變化，進行複合材料孔隙率的評判，採用的主要方法是根據來自複合材料底波或者穿透複合材料的透射波幅值的降低進行孔隙率粗略的判斷，其顯著的不足是，由於影響底波或者透射波幅值變化的因素較多，而且，很多時候，底波或者透射波幅值的降低不一定是因為孔隙率的存在引起的，容易引起誤判，因此，這種方法在實際應用中也沒能得到推廣應用。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是提出一種快速高效環保的非破壞性複合材料孔隙率超聲數值評估方法，實現複合材料的孔隙率超聲數值評估，提高複合材料孔隙率評估的準確性，以實現複合材料工程結構的孔隙率超聲數值評估。本發明的技術解決方案是，
[0004]基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法的基本構成包括:超聲換能器
(I)、超聲檢測單元(2)、孔隙率評估建模(3)、孔隙率資料庫(4)，超聲換能器(I)採用適合被檢測複合材料零件表面接觸耦合或者非接觸耦合超聲換能器，超聲檢測單元(2)採用具有檢測信號數位化功能和檢測信號顯示、檢測參數設置、超聲參數計算分析和輸出、存儲功能的超聲檢測儀器，超聲檢測單元(2)的信號數位化處理的工作頻率帶寬不低於100MHz，利用超聲換能器(I)和超聲單元(2)對已知孔隙率含量的複合材料試塊進行超聲參數測試，得到已知相同工藝特點和不同孔隙率級差的複合材料試塊的超聲參數，利用所測超聲參數建複合材料孔隙率評估模，形成相應的被檢測複合材料類型的孔隙率評估模型；建立孔隙率資料庫(4);
[0005]複合材料孔隙率評估建模方程求解方法為:[0006](I)根據已知孔隙率含量的複合材料試塊工藝特點和孔隙率試塊級差，確定方程的冪次方η，η 一般不大於已知不同孔隙率含量的複合材料試塊個數，(2)求解方程:
【權利要求】
1.一種基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法，其特徵是， 基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法的基本構成包括:超聲換能器(I)、超聲檢測單元(2)、孔隙率評估建模(3)、孔隙率資料庫(4)，超聲換能器(I)採用適合被檢測複合材料零件表面接觸耦合或者非接觸耦合超聲換能器，超聲檢測單元(2)採用具有檢測信號數位化功能和檢測信號顯示、檢測參數設置、超聲參數計算分析和輸出、存儲功能的超聲檢測儀器，超聲檢測單元(2)的信號數位化處理的工作頻率帶寬不低於100MHz，利用超聲換能器(I)和超聲單元(2)對已知孔隙率含量的複合材料試塊進行超聲參數測試，得到已知相同工藝特點和不同孔隙率級差的複合材料試塊的超聲參數，利用所測超聲參數建複合材料孔隙率評估模，形成相應的被檢測複合材料類型的孔隙率評估模型；建立孔隙率資料庫(4); 複合材料孔隙率評估建模方程求解方法為: (1)根據已知孔隙率含量的複合材料試塊工藝特點和孔隙率試塊級差，確定方程的冪次方η，η 一般不大於已知不同孔隙率含量的複合材料試塊個數， (2)求解方程:
2.根據權利要求1所述的超聲參數，其特徵是，超聲檢測單元(2)根據所設置的檢測參數，通過測量來自超聲換能器(I)的檢測信號中的界波能量、底波能量、層波能量和傳播時間得到超聲參數。
3.根據權利要求1所述的複合材料孔隙率評估建模方程求解方法中的不同孔隙率級差的複合材料試塊，其特徵是，複合材料試塊由一組包含不同孔隙率含量的複合材料試塊組成，相鄰複合材料試塊的孔隙率含量級差範圍為0.5% — 1.0%，通常不同孔隙率含量的複合材料試塊個數取3-10之間。
4.根據權利要求1所述的一種基於超聲檢測的複合材料孔隙率數值評估方法，其特徵是，求解得到的複合材料孔隙率評估建模方程和複合材料孔隙率資料庫存儲在超聲檢測單元(2)中，檢測時，通過選擇複合材料孔隙率資料庫中的對應材料和工藝類型，實現不同複合材料的孔隙率超聲數值評估。
【文檔編號】G01N29/04GK103926313SQ201310648141
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】劉松平, 劉菲菲, 郭恩明, 史俊偉, 傅天航 申請人:中航複合材料有限責任公司