隨著碳纖維復(fù)合材料(carbonfiber-reinforcedplastics,簡稱CFRP)在各大工程領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,利用無損檢測技術(shù)來提前發(fā)現(xiàn)其在生產(chǎn)制造和使用過程中產(chǎn)生的各種缺陷,對保證生產(chǎn)生活中的安全和促進(jìn)CFRP的應(yīng)用發(fā)展,具有非常重要的作用。目前,針對CFRP的無損檢測方法主要有六種,但因各個方法的檢測方式和有效檢測內(nèi)容的不同,每種方法又各有其優(yōu)缺點和適用領(lǐng)域。其中,傳統(tǒng)的渦流無損檢測法(eddycurrenttesting,簡稱ECT)由于其技術(shù)相對成熟,且具有非接觸式檢測、無需任何輔助介質(zhì)、易實現(xiàn)快速自動化檢測和成本低廉等特點,正逐漸成為CFRP無損檢測技術(shù)研究的熱點。本文針對目前常用的管式渦流檢測線圈均需要定制加工,制造成本高,且各線圈參數(shù)差異大的缺點,探討了一種利用印刷電路板(printedcircuitboard,簡稱PCB)工藝制造的平面矩形螺線線圈來進(jìn)行CFRP渦流無損檢測的新技術(shù)。本文的研究內(nèi)容主要包括四個方面:第一個方面,針對現(xiàn)有平面矩形螺線線圈阻抗計算復(fù)雜耗時的問題,在前人研究的基礎(chǔ)上,提出了一種新的渦流線圈阻抗描述法——頂點位形法。利用頂點位形法,實現(xiàn)了對任意復(fù)雜的平面正交線圈(包括平面矩形螺線線圈)阻抗的快速建模。第二個方面,借助頂點位形法的阻抗新模型,本文研究了平面矩形螺線線圈的ECT特性,設(shè)計制作了一款基于PCB單平面矩形螺線線圈的ECT探頭。同時,構(gòu)建了相應(yīng)的ECT平臺,并開展了對多種CFRP材料板的掃查檢測研究。結(jié)果表明,所設(shè)計的ECT探頭對CFRP上的割痕和沖擊兩種缺陷具有良好的檢測能力。第三個方面,在所提平面矩形螺線線圈阻抗模型的基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步推導(dǎo)了空間中任意位置的兩個平面矩形螺線線圈之間的互感模型。第四個方面,借助所提的新互感模型,設(shè)計了一款T-R(transmitter-receiver)模式的新型雙平面矩形螺線線圈探頭。利用該T-R探頭,又分別對多種CFRP試樣上的多類缺陷進(jìn)行了掃查研究。結(jié)果表明,該T-R探頭不僅對CFRP上割痕、纖維彎曲、纖維缺失和異常分布等缺陷具有良好的檢測能力,且還具有良好的纖維走向檢測能力。本研究是利用PCB平面螺線線圈對CFRP進(jìn)行ECT檢測的有效嘗試,不但豐富了 CFRP電磁無損檢測的相關(guān)研究,還可為進(jìn)一步實現(xiàn)大規(guī)模PCB制造的ECT陣列掃查提供研究基礎(chǔ)和條件。
【學(xué)位單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN41
【部分圖文】：

材料進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用。后來，隨著航空和料才逐漸被用于替換金屬材料來制造一些次的主要結(jié)構(gòu)元件制造材料使用。逡逑隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，ＣＦＲＰ的制造工因其性能堪比金屬材料，具有高強度、高比模異特性，但又具有密度低、導(dǎo)熱、導(dǎo)電和熱膨應(yīng)用于眾多領(lǐng)域［２，３］。逡逑領(lǐng)域，ＣＦＲＰ被廣泛地用于替代金屬材料制造件，以起到減輕飛行器重量，從而提高飛行性新的國產(chǎn)民用大型客機Ｃ９１９機身材料中近１５四代戰(zhàn)機Ｆ２２的制造材料中復(fù)合材料的用量比音７８７飛機采用的ＣＦＲＰ比例則達(dá)到了空前的５

現(xiàn)有方法的思路是先將其拆解為多個單矩形子線圈，再通過坐標(biāo)平移逡逑來計算各子線圈的自阻抗和兩兩線圈之間的互阻抗，最后通過各子線圈串聯(lián)來實逡逑現(xiàn)復(fù)雜線圈總阻抗的等效計算１７４，７５］。而當(dāng)該方法應(yīng)用到形狀無約束的任意正交折逡逑線線圈時，因線圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆解難度較大，計算過程將異常復(fù)雜耗時。因此，逡逑為了建立平面矩形螺線線圈的渦流阻抗模型，本章首先從單矩形線圈入手，建立逡逑最簡單的正交折線線圈阻抗模型；然后，提出一種全新的線圈描述法來描述線圈逡逑外形，進(jìn)而將單矩形線圈的阻抗模型進(jìn)一步推廣應(yīng)用到平面螺線線圈。逡逑２．１單矩形線圈的阻抗模型逡逑２．１．１面積描述法逡逑Ｔ．Ｐ．邋Ｔｈｅｏｄｏｕｌｉｄｉｓ和Ｅ．Ｅ．邋Ｋｒｉｅｚｉｓ在矩形線圈的中心建立坐標(biāo)系，提出了面積逡逑描述法［７６］。下面，我們對利用面積描述法實現(xiàn)線圈阻抗求解的原理進(jìn)行簡單介紹。逡逑

描述法［７６］。下面，我們對利用面積描述法實現(xiàn)線圈阻抗求解的原理進(jìn)行簡單介紹。逡逑真空＂邐Ｚｔ邐２ｙ．逡逑圖２Ｊ含矩形截面的單矩形線圈逡逑如圖２．１所示，將一矩形截面的單匝矩形線圈放置于一個無限大的各項同性逡逑的導(dǎo)體上方高處。導(dǎo)體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率分別為0？和／／邋，以導(dǎo)體表面為ＪＣ－ｙ平逡逑面，以垂直導(dǎo)體表面并且穿過矩形線圈中心的直線方向為ｚ軸方向，建立直角坐逡逑標(biāo)系。設(shè)矩形線圈導(dǎo)線中心骨架的長為寬為２ｘｒｆ，線圈導(dǎo)線線寬為ｗ、厚逡逑１１逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2831414