本文關(guān)鍵詞：基于平面陣列電容成像技術(shù)的無損檢測研究

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【摘要】：航空飛機(jī)表層的重要防護(hù)系統(tǒng)主要為復(fù)合材料,通常復(fù)合材料是通過粘接劑與飛機(jī)表層進(jìn)行連接的,粘接層的缺陷或損傷會導(dǎo)致復(fù)合材料中裂紋擴(kuò)展、粘接強(qiáng)度降低,甚至整體剝離,嚴(yán)重影響飛機(jī)的飛行安全,因此對粘接質(zhì)量的檢測是非常重要的。電容層析成像技術(shù)(Electrical Capacitance Tomography,ECT)發(fā)展較早,但主要應(yīng)用于管道式的兩相流檢測,而平面陣列電容傳感器不僅具有傳統(tǒng)ECT的優(yōu)點,還可以從單一平面接近被測物體。近年來,將平面陣列電容成像技術(shù)應(yīng)用于無損檢測在國內(nèi)外尚屬于新興技術(shù)。本文針對航空用復(fù)合材料粘接層缺陷進(jìn)行無損檢測,考慮復(fù)合材料各向異性、多孔性、低導(dǎo)熱性、低導(dǎo)電性和強(qiáng)吸聲性綜合的特點以及被測面積大、需單面檢測的要求,提出一種基于平面陣列電容成像技術(shù)的缺陷檢測方法。首先,在分析了傳統(tǒng)的電容層析成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)上,研究了平面陣列電極檢測原理,并基于電容敏感機(jī)理,通過理論分析和有限元建模仿真,設(shè)計制作了新型的平面陣列電容傳感器,研究了電極結(jié)構(gòu)參數(shù)對測試的影響,對陣列電極進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。其次,采用有限元分析技術(shù),研究所提出的平面陣列傳感器的靈敏場分布,通過對電磁場的“軟場”特性分析,建立了平面陣列電極三維電磁場模型,獲得檢測物場中介電分布與平面電極間電容變化的關(guān)系,并對敏感場進(jìn)行分層處理,進(jìn)一步基于線性反投影算法研究了介電分布的圖像重建問題。最后,搭建了平面陣列電極檢測平臺,采用不同層處的靈敏度矩陣進(jìn)行成像檢測,實驗結(jié)果反映了被測物體的形狀和平面位置信息。進(jìn)一步研究了平面陣列傳感器的檢測穿透深度問題,并根據(jù)復(fù)合材料膠層內(nèi)缺陷/損傷對材料介電特性的影響,進(jìn)行了缺陷/損傷檢測的仿真和實驗研究,分析了復(fù)合材料膠層中典型缺陷與陣列電極傳感器電容變化量的關(guān)系,成像結(jié)果可以識別典型缺陷的位置和大小,檢測結(jié)果與理論分析相吻合,驗證了論文所提方法的可行性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：平面陣列傳感器 復(fù)合材料 有限元 膠層缺陷檢測 成像檢測
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V244.1;TP212
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題研究的目的和意義10
• 1.2 基于電容敏感機(jī)理的電容成像技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 ECT技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀10-13
• 1.2.2 平面陣列電極成像技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-15
• 1.3 常用復(fù)合材料構(gòu)件缺陷檢測方法15-18
• 1.3.1 X射線檢測方法15-16
• 1.3.2 超聲波檢測方法16
• 1.3.3 紅外熱成像檢測方法16-17
• 1.3.4 激光散斑成像檢測方法17
• 1.3.5 渦流檢測方法17-18
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 平面陣列電容成像檢測原理及方案20-29
• 2.1 ECT技術(shù)原理和應(yīng)用20
• 2.2 平面陣列電容檢測原理20-21
• 2.3 ECT數(shù)學(xué)描述21-25
• 2.3.1 似穩(wěn)場22
• 2.3.2 ECT敏感場的數(shù)學(xué)描述22-23
• 2.3.3 ECT的正問題逆問題23-25
• 2.4 平面陣列電容成像系統(tǒng)方案25-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 基于有限元分析的平面陣列電極優(yōu)化設(shè)計29-48
• 3.1 有限元法簡介及三維電場仿真29-31
• 3.1.1 有限元法概述29
• 3.1.2 平面陣列傳感器的三維電場有限元仿真29-31
• 3.2 平面陣列電極優(yōu)化設(shè)計31-32
• 3.3 屏蔽層對傳感器檢測系統(tǒng)的作用32-35
• 3.4 平面陣列電極結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計35-45
• 3.4.1 電極長度對平面陣列電極系統(tǒng)的影響35-37
• 3.4.2 電極寬度對平面陣列電極系統(tǒng)的影響37-39
• 3.4.3 電極間距對平面陣列電極系統(tǒng)的影響39-41
• 3.4.4 基板厚度對平面陣列電極系統(tǒng)的影響41-43
• 3.4.5 基板相對介電常數(shù)對平面陣列電極系統(tǒng)的影響43-45
• 3.5 平面陣列電容傳感器參數(shù)優(yōu)化總結(jié)45-47
• 3.6 本章小結(jié)47-48
• 第4章 三維敏感場建模與分析48-59
• 4.1 ECT敏感場靈敏度分布48-50
• 4.1.1 敏感場計算48-50
• 4.1.2 敏感場分布50
• 4.2 三維空間敏感場的分層處理50-54
• 4.3 基于不同層處的敏感場圖像重建結(jié)果與分析54-58
• 4.3.1 三維空間敏感場疊加靈敏度圖像重建結(jié)果55-56
• 4.3.2 三維空間敏感場分層處理圖像重建結(jié)果56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第5章 平面陣列電極的膠層缺陷成像檢測實驗59-69
• 5.1 平面陣列電容傳感器穿透深度實驗59-60
• 5.2 有限元仿真膠層缺陷對電容影響實驗60-61
• 5.3 實測膠層缺陷對電容影響實驗61-68
• 5.3.1 膠層孔洞缺陷61-64
• 5.3.2 膠層中氣泡缺陷64-66
• 5.3.3 不同膠層厚度實驗66-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-70
• 參考文獻(xiàn)70-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果75-76
• 致謝76

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本文編號：750148