[发明专利]一种纤维增强树脂基复合材料相控阵超声检测晶片延迟法则优化方法

摘要

一种纤维增强树脂基复合材料相控阵超声检测晶片延迟法则优化方法，属于超声检测技术领域。该方法包括以下步骤测量试样的密度、纵波声速和弹性刚度矩阵；分别建立材料为各向同性和考虑纤维铺排方向的各向异性超声检测模型；利用各向同性模型计算相控阵超声检测晶片延时，获得实际检测所用晶片延迟法则；基于各向异性模型计算对应的晶片延时，实现对上述晶片延迟法则的优化。本方法在声学建模基础上提出了纤维增强树脂基复合材料相控阵超声检测晶片延迟法则优化方法，考虑了材料各向异性对声传播的影响，提高了声束聚焦效果，为研究纤维增强树脂基复合材料中声传播规律、改进检测工艺、提高缺陷检测能力提供支持。

主权项

一种纤维增强树脂基复合材料相控阵超声检测晶片延迟法则优化方法，其特征是：基于测试试样的材料特性建立超声检测模型，对计算晶片延迟法则进行优化，它包括以下几个步骤：(1)测量试样的材料属性针对层板状纤维增强树脂基复合材料试样，利用阿基米德法测量其密度，利用直接接触法、使用脉冲反射技术测量垂直试样表面的纵波声速，利用自参考体波法测量与上述试样材料工艺相同且铺向角均为0度角的单向带的弹性刚度矩阵，对层板状纤维增强树脂基复合材料试样进行解剖、打磨、抛光，通过金相显微镜观察试样不同铺层的微观组织、纤维取向特征，测量铺层厚度，统计铺层数目及铺向角排布规律；(2)建立超声检测模型根据层板状纤维增强树脂基复合材料试样尺寸，在CIVA软件中建立对应模型；根据检测所用相控阵超声线性阵列探头规格参数和实际检测参数，探头规格参数包括探头晶片数量、晶片间距、始发信号的主频、频带宽度和相位，实际检测参数包括扫查方式、孔径大小和聚焦深度，在CIVA软件进行相应设置；由于实际相控阵超声检测中均将材料视为各向同性，所以首先建立各向同性模型，根据测得的密度和纵波声速设置材料参数；为进行后续的延迟法则优化，考虑不同铺层纤维铺向的影响，建立各向异性模型，首先将0度角取向纤维、树脂多相等效处理为单一相，并赋予相应的弹性刚度矩阵，其他铺层按(1)中观察的铺向角排布规律设置铺层旋转角度；(3)计算延迟法则利用(2)中各向同性模型计算延迟法则，延迟法则计算公式为tn=dn0v0+dn1v1Δtn=max(tn)-tn]]>其中n为阵元序号，tn为第n个阵元所激励的声波传播至聚焦位置时所用的时间，Δtn为第n个阵元的延迟时间，dn0和dn1分别为第n个阵元所激励的声波传播至聚焦位置时在耦合介质和试样内的传播距离，v0为超声在耦合层内的纵波声速，v1为(1)中测得的纵波声速；(4)优化延迟法则根据(2)中各向异性模型优化延迟法则，优化延迟法则的计算公式为tn=dn0v0+Σi=1mdnivni(θi)Δtn=max(tn)-tn]]>此处公式中m为(1)中统计的铺层数目，dni为第n个阵元所激励的声波传播至聚焦位置时在第i个铺层的传播距离，vni(θi)为由(1)中测得的弹性刚度矩阵计算得到的第i个铺层内θi方向上的纵波声速，θi为第i个铺层内声传播路径与垂直铺层方向的夹角。