[发明专利]一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法

摘要

本发明属于复合材料及无损检测技术领域，涉及一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法。本发明方法的实现包括：超声换能器、超声检测单元、孔隙率评估建模、孔隙率建库等主要部分。利用已知孔隙率含量的复合材料试块通过测量检测信号得到超声参数，建孔隙率评估模，按照被检测复合材料的种类和成型工艺方法，建立孔隙率数据库，用于建模的复合材料试块相邻孔隙率含量级差范围为0.5%—1.0%。通过选择复合材料孔隙率数据库中的对应材料和工艺类型，实现不同复合材料的孔隙率超声数值评估，并可实时进行孔隙率数值的自动报警、记录、保存等。可用于复合材料工程结构的室内外孔隙率数值评估与检测，且不需要特殊制样，快速高效，无污染。

主权项

一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法，其特征是，基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法的基本构成包括：超声换能器（1）、超声检测单元（2）、孔隙率评估建模（3）、孔隙率数据库（4），超声换能器（1）采用适合被检测复合材料零件表面接触耦合或者非接触耦合超声换能器，超声检测单元（2）采用具有检测信号数字化功能和检测信号显示、检测参数设置、超声参数计算分析和输出、存储功能的超声检测仪器，超声检测单元（2）的信号数字化处理的工作频率带宽不低于100MHz，利用超声换能器（1）和超声单元（2）对已知孔隙率含量的复合材料试块进行超声参数测试，得到已知相同工艺特点和不同孔隙率级差的复合材料试块的超声参数，利用所测超声参数建复合材料孔隙率评估模，形成相应的被检测复合材料类型的孔隙率评估模型；建立孔隙率数据库（4）；复合材料孔隙率评估建模方程求解方法为：（1）根据已知孔隙率含量的复合材料试块工艺特点和孔隙率试块级差，确定方程的幂次方n，n一般不大于已知不同孔隙率含量的复合材料试块个数，（2）求解方程：$\begin{array}{c}{V}_{C1}=a_n{x}_{C1}^n+a_{n-1}{x}_{C1}^{n-1}+...+a_0\\ ...\\ V_{\mathrm{Cn}}=a_n{x}_{\mathrm{Cn}}^n+a_{n-1}{x}_{\mathrm{Cn}}^{n-1}+...+a_0\end{array}---\left(1\right)$这里，a_n,a_n‑1,...,a₀为需要求解的孔隙率系数，V_C1,...,V_Cn分别为n个已知复合材料试块中的孔隙率含量标称值，指单位体积所含孔隙率个数，以百分数形式表示，为在第1个已知复合材料孔隙率试块中所测超声参数，由超声单元（2）对第1个已知孔隙率含量的复合材料试块实际测量所得超声参数，为在第n个已知孔隙率含量的复合材料试块中所测超声参数，由超声单元（2）对第n个已知孔隙率含量的复合材料孔隙率试块实际测量所得超声参数，通过求解方程（1），计算得到孔隙率系数a_n,a_n‑1,...,a₀，用矩阵表示为：$\left[\begin{array}{c}{V}_{C1}\\ ...\\ V_{\mathrm{Cn}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{a}_n\\ ...\\ a_0\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{ccccc}{x}_{C1}^n& x_{C1}^{n-1}& ...& x_{C1}& 1\\ & & ...& & \\ x_{\mathrm{Cn}}^n& x_{\mathrm{Cn}}^{n-1}& ...& x_{\mathrm{Cn}}& 1\end{array}\right],---\left(2\right)$则，$\left[\begin{array}{c}{a}_n\\ ...\\ a_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{V}_{C1}\\ ...\\ V_{\mathrm{Cn}}\end{array}\right]\×{\left[\begin{array}{ccccc}{x}_{C1}^n& x_{C1}^{n-1}& ...& x_{C1}& 1\\ & & ...& & \\ x_{\mathrm{Cn}}^n& x_{\mathrm{Cn}}^{n-1}& ...& x_{\mathrm{Cn}}& 1\end{array}\right]}^{-1}---\left(3\right)$建复合材料孔隙率数据库方法为：（1）按复合材料类型建立第1级搜索目录这里，m为复合材料种类数，简称“材料”。（2）按每种材料目录下的成型工艺类型建立第2级搜索目录这里，k为材料1目录下对应的成型工艺种类，简称“工艺”，j为材料m目录下对应的成型工艺种类。（3）按每种材料目录下的工艺类型建立第3级搜索目录，这里，为材料m下的第1种工艺的孔隙率系数，由式（3）求得，只是这里为了区别不同工艺下的孔隙率系数，增加了上角标1，同理，为材料m下的第j种工艺的孔隙率系数，由式（3）求得，这里为了区别不同工艺下的孔隙率系数，增加了上角标j。