[发明专利]一种对三维编制复合材料的无损检测系统及检测分析方法

说明书

技术领域

本发明属于借助被测材料物理性质，施加外力对被测物进行测试分析的领域，具体涉及一种基于声发射技术的三维编制复合材料的无损检测方法及实现此方法的系统。

背景技术

复合材料的缺陷检测是在不改变复合材料结构的前提下，对其性能进行的测试评估。针对不同的缺陷和损伤形式，可以采用不同的无损检测手段。目前，对于复合材料无损检测的常用方法有X射线、超声波、计算机层析照相(CT)、红外热成像检测、声发射、微波、激光检测法、中子照相法、敲击法以及超声检测法等。

X射线无损检测的检测精度较高，检测结果直观，但完成分层缺陷检测困难，不易发现与X射线垂直方向上的裂纹，且检测速度会对精度有影响，而且检测设备复杂，需要进行安全防护。

超声波检测法主要是利用复合材料本身的缺陷声学特性对超声波传播的影响，来检测材料内部或表面的缺陷。超声检测穿透能力较大，探伤灵敏度较高，不易检查形状复杂的工件，而且要求被检查表面有一定的光洁度，并需要有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。此外，超声检测还要求有一定经验的检验人员来进行操作和判断检测结果。

红外热成像检测是利用被测物体内部存在裂缝和缺陷时，物体会改变热传导性能，从而使物体表面温度分布有差别。检测装置可显示出其热辐射的不同，从而判别并检查出缺陷的位置。红外热成像法具有方便快速、精确、低费用的优点，但要求被测件传热性能好，表面发射率高，否则不能进行检测。

微波无损检测是利用微波的穿透力强的特点。其优点是操作方便，不需要使用耦合剂，而且很容易穿过空气介质，检测速度快，可检测出复合材料中的脱粘、分层、裂缝、孔隙等缺陷。但微波检测不适应于金属导体或导电性能较好的复合材料的内部缺陷检测，此外，小于1mm的微小缺陷，微波也很难检测出来。

激光无损检测技术包括激光全息无损检测技术和激光数字错位散斑无损检测技术。利用此技术，可以检测出复合材料中的气孔、夹杂、孔隙、疏松、分层、裂纹等缺陷。激光全息无损检测技术经历了30多年的发展，真正应用到生产实际的项目并不多，而且仅局限在航空航天工业部门。激光无损检测对于检测条件要求较高，而且检测系统复杂，投资大，操作技术要求熟练，因而很难推广应用到生产实际中去，而只能用于军工业生产部门，去解决一些用常规检测方法无法解决而又必须进行无损检测的零部件。

中子射线技术是通过检测中子束通过被检工件后透射的中子束分布图像来分析试件缺陷的检测方法。不同物质具有不同的中子衰减系数，因此透射中子束的分布图像可以形成试件缺陷和杂质等的图像。此方法对复合材料中存在的腐蚀、水汽、粘接质量等缺陷的检测灵敏度较高。但由于中子源价格昂贵及使用时需特别注意中子的安全与防护问题，使得该方法很难得到进一步的推广。

数字敲击无损检测是利用传感器接收来自前段设备对被测件的敲击振动信号，再通过运算电路以及软件程序对采集信号进行后期处理对被测件作出判断的一种无损检测技术。该方法设备简单，操作方便，不受周围环境的影响，仅适合大型复合材料结构的现场检验，但对于小缺陷灵敏度低。

超声检测技术又称应力波因子技术。与通常的无损检测技术不同，超声检测技术主要用于检测和研究材料中分布的细微缺陷群及其对结构力学性能的整体影响，属于材料的完整性评估技术。采用超声检测技术中的振幅C扫描技术也能够对复合材料与金属材料间的粘接界面进行有效检测，但该检测方法对单个、分散的缺陷不敏感。

工业CT，即工业计算机断层扫描成像，其具有直观、准确和无损伤等特点，主要用于工业构件的无损检测。系统通过扫描工件得到断层投影值，然后通过图像重建算法重建出断层图像。工业CT技术复杂性很高，设备价格相对高昂。设备的使用和维护相对难度也较大。另外，重建断层图像需要采集的数据量庞大且检测速度较慢。

综上所述，现有技术中的无损检测方法大多具有投入大、检测速度慢且不能保证测试工件连续测量的缺点。而基于声发射无损检测技术是一种动态的检测方法，能测试材料微观结构的变化，对于三维编织复合材料的编织方法与微观结构力学参数的检测尤为适合，具有实时连续、灵敏度高和操作简便等有优点。目前，国内外对三维编织复合材料的力学分析大多采用试验机对整体性能进行分析，而在微观变形方面研究得较少，而且三维编织复合材料本身制造工艺及其复杂，被检测材料很少。

发明内容