[发明专利]一种用于复合材料夹杂缺陷的定量方法

说明书

本发明公开了一种用于复合材料夹杂缺陷的定量方法，通过模拟复合材料中夹杂缺陷的超声波传播过程，得到夹杂缺陷的尺寸与缺陷深度、回波幅值的关联图，通过该图可以根据超声回波位置与幅值判定夹杂缺陷大小。本发明提供了一种常规超声检测系统检测夹杂缺陷的有效手段，以实现夹杂缺陷的定量表征。

技术领域

本发明涉及超声无损检测范围缺陷定量方法技术领域，具体是涉及一种玻璃纤维复合材料夹杂缺陷的大小判定方法。

背景技术

复合材料广泛应用于航空航天、汽车等领域，在工程应用中具有十分重要的地位。玻璃纤维增强复合材料在生产中，由于工艺流程大多为人工铺层，不可避免会产生各种缺陷，其中，夹杂是主要的缺陷形式之一。由于夹杂缺陷的存在，对复合材料的性能会有很大影响，使得其在使用过程中失稳破坏，大大降低材料的使用寿命。

目前复合材料缺陷检测方式众多。如目视法、敲击法、超声检测、红外热像检测、CT检测等，其中，超声检测操作简单，成本低廉，是工程上常用的无损检测方法之一。常规超声回波法只能测得缺陷回波位置与回波高度，一般采用当量法或半波高度法判定缺陷大小。在实际应用中，当量法需要制作大量的缺陷样本，虽然在精度上比较高，但是时间成本和物质成本太大，不够便捷。半波高度法需要根据最高回波幅值来回寻找缺陷两端，标记后再用尺子量出缺陷大小，不仅要求探伤员具有丰富的探伤经验，而且探伤效率非常低。

综上所述，如何应用常规超声法对复合材料夹杂缺陷进行定量表征，是复合材料工程应用迫切需要解决的问题，具有非常重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：现有常规超声检测技术无法对复合材料夹杂缺陷进行定量检测，本发明提供一种用于复合材料夹杂缺陷的定量方法，应用数值仿真分析夹杂缺陷的超声传播特性，得到缺陷的大小与缺陷深度、回波幅值的关联图，对夹杂缺陷的大小进行定量表征。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

步骤一：有限元模拟，首先建立了复合材料玻璃钢层合物理模型，随后在模型中利用布鲁运算设置不同深度不同大小的夹杂钢，然后在缺陷中点上方加载高斯函数相关的脉冲，用来模拟超声源。分析超声波在夹杂缺陷复合材料中的传播特性，得到不同深度不同尺寸下的回波信号，对仿真所得的各点在三维面内进行插值，得到深度-幅值-尺寸三维图，获得整个深度-幅值平面内的缺陷尺寸。

步骤二：实验验证，制作不同大小不同深度的夹杂钢缺陷玻璃钢试样，并对试样进行超声检测。根据回波幅度最大值，找到缺陷的中心位置，得到中心位置处的超声回波信号，对实验回波幅值与仿真振动位移进行标定后，对比验证仿真结果。由于仿真加载的是振动信号，得到的是位移量，而实际检测时得到的结果一般是电压相关的值，为了统一量化，必须将两者进行标定。将实验中给定深度尺寸下测得的电压幅值，除以仿真中得到的对应深度尺寸的位移幅值，得到标定倍数。应用此标定倍数，实现仿真位移幅值与实验电压幅值的标定。

步骤三：缺陷定量，对未知试样进行超声检测，根据测得的最大回波的位置与幅值，利用深度-幅值-尺寸图得出缺陷大小，对夹杂缺陷进行定量表征。

本发明提供一种用于复合材料夹杂缺陷的大小判定方法，与现有技术相比有以下优点：

本发明克服了传统常规超声无法定量表征夹杂缺陷的不足，通过数值仿真模拟超声波在含夹杂缺陷的玻璃钢中传播过程，对仿真所得的各点在三维面内进行插值，得到深度-幅值-尺寸图，获得整个深度-幅值平面内的缺陷尺寸。在实际检测过程中，根据测得的回波位置与幅值由深度-幅值-尺寸图判定缺陷大小。此方法效率高，成本低，实现夹杂缺陷的准确定量，具有巨大的工程应用价值。

附图说明

图1有限元玻璃钢物理模型(a)无缺陷；(b)含夹杂缺陷。

图2高斯脉冲函数图。