碳纖維復(fù)合材料作為飛機(jī)機(jī)翼的主要構(gòu)成材料,在制造過(guò)程中由于碳纖維本身性質(zhì)以及工藝系數(shù)控制等差異,很容易產(chǎn)生分層、脫粘等缺陷。而目前傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)研究相對(duì)滯后,影響了碳纖維材料在航空領(lǐng)域的繼續(xù)發(fā)展。與其他方式相比,鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)具有非接觸、高效快速等優(yōu)點(diǎn),因此成為本課題對(duì)機(jī)翼缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)研究的不二選擇。針對(duì)目前碳纖維機(jī)翼缺陷定量化研究中以平底孔模擬缺陷的現(xiàn)狀,本課題將內(nèi)置聚四氟乙烯薄膜的碳纖維復(fù)合材料作為研究對(duì)象。為確定無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)熱源加載參數(shù),本課題完全依照實(shí)物構(gòu)建了三維導(dǎo)熱模型,并對(duì)樣本施加正弦式周期激勵(lì)。通過(guò)仿真結(jié)果,分析研究了在不同缺陷尺寸、深度、熱源加載頻率以及材料屬性的條件下,樣本缺陷區(qū)域與無(wú)損區(qū)域表面溫度場(chǎng)分布情況。在此基礎(chǔ)上,探究了缺陷尺寸及深度對(duì)最佳檢測(cè)頻率以及最佳檢測(cè)時(shí)間的影響,為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)提供了參考依據(jù)。在以上研究的基礎(chǔ)上,本課題完成了鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建,并對(duì)紅外相機(jī)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了校正。在綜合評(píng)價(jià)多種濾波方法后,最終選用高斯濾波對(duì)紅外圖像序列進(jìn)行預(yù)處理。在此基礎(chǔ)上,分別采用多幀累加平均與差分法、快速傅里葉變換法以及主成分分析法三種圖像序列算法對(duì)樣本缺陷特征信息進(jìn)行了提取。根據(jù)紅外圖像序列處理的結(jié)果,本課題通過(guò)圖像分割等圖像后處理手段與相位偏移以及灰度三維重建等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了缺陷的可視化研究。在對(duì)紅外相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定后,利用極值及導(dǎo)數(shù)等數(shù)值分析方法完成了對(duì)缺陷位置、尺寸等信息的判定,并利用超聲C掃描等手段輔助完成了實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性驗(yàn)證以及誤差原因分析,最終實(shí)現(xiàn)了缺陷的定量化研究。為驗(yàn)證研究效果,本課題分別對(duì)內(nèi)置聚四氟乙烯缺陷以及平底孔缺陷的碳纖維復(fù)合材料樣本進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在紅外熱波圖像序列處理的基礎(chǔ)上,本課題完成了對(duì)缺陷的可視化與定量化估計(jì)分析,并取得了良好效果。實(shí)驗(yàn)表明:本課題搭建的紅外無(wú)損檢測(cè)平臺(tái)具有較高的可靠性,本課題采用的圖像序列算法具有較高的準(zhǔn)確性�；阪i相的紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)于碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼缺陷的可視化與定量化研究具有較高的可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;V267
【部分圖文】：

波音787機(jī)身材料示意圖

b) X 射線無(wú)損檢測(cè)[14]圖1-2 常規(guī)無(wú)損檢測(cè)效果圖（3）渦流無(wú)損檢測(cè) 渦流無(wú)損檢測(cè)的原理是通過(guò)對(duì)線圈通入電壓產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)合適的方法提取由渦流場(chǎng)產(chǎn)生的二次電磁場(chǎng)特征，進(jìn)而分析缺陷信息[17]。我國(guó)的梁濤等學(xué)者采用小波變換結(jié)合主成分分析的多分辨率統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)沖擊損傷的缺陷特征進(jìn)行了有效研究[18]。此外，張榮華等人以空間分布熵為載體展開(kāi)了基于電磁脈沖的渦流檢測(cè)研究[19]。周德強(qiáng)等學(xué)者則對(duì)碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行了渦流無(wú)損檢測(cè)仿真與實(shí)驗(yàn)研究[20]。1.3.1.2 紅外無(wú)損檢測(cè)（1）國(guó)外研究現(xiàn)狀 隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，紅外無(wú)損檢測(cè)憑借其諸多優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始逐漸成為復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)的重要手段。從 19世紀(jì) 60年代開(kāi)始，外國(guó)科學(xué)家們就逐漸建立起了完整的紅外輻射理論。在 20 世紀(jì) 30 年代，紅外無(wú)損檢測(cè)的思想開(kāi)始萌芽，三十年后，Green 和 Alzofon 的工作真正使紅外無(wú)損檢測(cè)成為世界各國(guó)研究者關(guān)注的對(duì)象。受檢測(cè)成本以及技術(shù)瓶頸的制約

其具體示意圖如圖 2-1 所示。a) 隔熱缺陷 b) 導(dǎo)熱缺陷圖2-1 隔熱及導(dǎo)熱缺陷檢測(cè)示意圖圖 2-2 a) 顯示了實(shí)驗(yàn)樣本的實(shí)際尺寸，該樣本長(zhǎng)度為 250 mm，寬度為200 mm，厚度為 1.26 mm。圖 2-2 b) 顯示了樣本中缺陷的具體位置。圖 2-3
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本文編號(hào)：2853371