【摘要】：碳纖維復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)越,因此被廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域當(dāng)中。碳纖維復(fù)合材料在使用的過程中,因為材料本身的缺陷,或者一些由碳纖維復(fù)合材料制造而成的構(gòu)件和設(shè)備在使用的過程中造成的材料的缺陷,都會給使用者帶來安全隱患,甚至造成巨大的損失。因此材料缺陷的檢測是尤其重要的一個環(huán)節(jié)。超聲無損檢測技術(shù)是目前比較先進(jìn)的一種無損檢測技術(shù),而計算機(jī)層析成像技術(shù)更是被成熟廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。本文的主要內(nèi)容是將超聲無損檢測技術(shù)與計算機(jī)層析成像技術(shù)相結(jié)合,用于碳纖維復(fù)合材料分層缺陷的檢測識別。研究內(nèi)容如下:通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)資料,了解了超聲波在各項同性和各向異性材料中的傳播特性,并分別給出了超聲蘭姆在這兩種不同材料介質(zhì)中的頻散方程和頻散曲線。為在有限元仿真和實驗中超聲蘭姆波激勵信號和走時的提取提供了理論依據(jù)。詳細(xì)地介紹了計算機(jī)層析成像技術(shù)的理論基礎(chǔ),并且推導(dǎo)出了基于中心切片定理的平行掃描濾波反投影算法和扇形掃描濾波反投影算法的數(shù)學(xué)公式,最后分別給出了這兩種算法的詳細(xì)步驟。通過對比,最終選擇了扇形掃描濾波反投影算法對用于本文仿真和實驗的圖像重建算法。選擇碳纖維復(fù)合材料多向板T300/5028作為本文的研究對象,利用ABAQUS有限元軟件分別建立分層缺陷在不同位置的薄板模型,通過加載五周期的漢寧窗口正弦信號來模擬超聲蘭姆波在薄板中的傳播,提取扇形掃描投影方式的走時數(shù)據(jù)。通過MATLAB編寫扇形掃描濾波反投影算法程序,將提取到的走時數(shù)據(jù)代入算法中對薄板模型進(jìn)行重建成像,缺陷信息清晰可見。最后搭建實驗平臺進(jìn)行實驗,得出實驗的成像結(jié)果。由于實驗條件的限制實驗的成像質(zhì)量并不如仿真時的成像質(zhì)量高,但是成像效果也很可觀,同時也分析了造成這種現(xiàn)象的原因。通過仿真與實驗相結(jié)合的方式沿驗證了該技術(shù)可以應(yīng)用于工程實踐中,為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:Carbon fiber composites are widely used in various fields because of their superior comprehensive properties. In the process of using carbon fiber composites, because of the defects of the materials themselves, or the defects of some components and equipment made of carbon fiber composite materials in the process of use, they will bring safety risks to the users. It even caused huge losses. Therefore, the detection of material defects is a particularly important link. Ultrasonic nondestructive testing (NDT) is an advanced nondestructive testing technology, and computer tomography is widely used in medical field. The main content of this paper is to combine ultrasonic nondestructive testing with computer tomography to detect and identify delamination defects of carbon fiber composites. The main contents are as follows: the propagation characteristics of ultrasonic wave in the same and anisotropic materials are studied by consulting the literature at home and abroad, and the dispersion equations and dispersion curves of ultrasonic Lamb in these two different materials are given respectively. It provides a theoretical basis for extracting the excitation signal and travel time of ultrasonic Lamb wave in finite element simulation and experiment. The theoretical basis of computer tomography technology is introduced in detail, and the mathematical formulas of parallel scanning filtering backprojection algorithm and sector scanning filtering backprojection algorithm based on central slice theorem are derived. At last, the detailed steps of the two algorithms are given. Finally, the sector scan filter backprojection algorithm is selected for the simulation and experiment of the image reconstruction algorithm. Carbon fiber composite multidirectional plate T300 / 5028 is chosen as the research object in this paper. The thin plate models with delamination defects in different positions are established by using ABAQUS finite element software. The propagation of ultrasonic Lamb wave in thin plate is simulated by loading sinusoidal signal of Hanning window with five periods, and the travel time data of sector scanning projection mode are extracted. The program of sector scan filter backprojection algorithm is written by MATLAB, and the extracted travel time data are replaced in the algorithm to reconstruct the thin plate model, and the defect information is clearly visible. Finally, the experimental platform is built and the imaging results of the experiment are obtained. Because of the limitation of the experimental conditions, the imaging quality of the experiment is not as high as that of the simulation, but the imaging effect is also considerable, and the reasons for this phenomenon are also analyzed. Through the combination of simulation and experiment, it is proved that this technique can be applied in engineering practice, which lays a foundation for further research.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2362093