【摘要】：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)具有高比強(qiáng)度、高比模量、疲勞特性好等優(yōu)良性能,已廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油化工、汽車、風(fēng)力發(fā)電及軍事工業(yè)等領(lǐng)域。CFRP層板在成型與使用過程中,受成型工藝與工作環(huán)境的影響,易產(chǎn)生孔隙、沖擊損傷、纖維斷裂、分層、脫粘等缺陷,人工鋪層CFRP層板容易出現(xiàn)纖維層錯(cuò)鋪等問題。CFRP層板缺陷或纖維層鋪錯(cuò)將嚴(yán)重影響CFRP層板制件的使用性能及壽命,在生產(chǎn)過程中迫切需要簡單、有效、快速的無損檢測方法或技術(shù)實(shí)現(xiàn)對CFRP層板缺陷與鋪層方向的可靠檢測。紅外熱波雷達(dá)成像檢測技術(shù)將紅外熱波成像檢測與雷達(dá)探測技術(shù)相結(jié)合,可有效提高熱波信號的帶寬和信噪比,具有抗干擾能力強(qiáng)、檢測范圍大、檢測靈敏度高等優(yōu)勢,為CFRP層板缺陷與鋪層方向檢測提供了一種新方法,因此,本文對CFRP層板缺陷與鋪層方向的紅外熱波雷達(dá)成像檢測技術(shù)開展了系統(tǒng)深入的研究。研究了線性調(diào)頻(Chirp調(diào)制)面熱流作用CFRP層板的熱傳遞過程及溫度場分布,通過數(shù)值仿真分析確定了熱波雷達(dá)信號的時(shí)頻域響應(yīng)特征,并提出了基于希爾伯特變換瞬時(shí)特性時(shí)域積分與雙路Chirp鎖相相關(guān)的熱波雷達(dá)信號特征提取算法。分析了檢測參數(shù)與缺陷幾何特征對熱波雷達(dá)信號特征的影響與規(guī)律;探討了紅外熱波雷達(dá)成像檢測鋪層方向的可行性,仿真分析了檢測參數(shù)與鋪層方向?qū)岵ɡ走_(dá)信號特征分布的影響與規(guī)律,為開展相關(guān)試驗(yàn)研究工作提供理論基礎(chǔ)。搭建了調(diào)制激光激勵(lì)的紅外熱波雷達(dá)成像檢測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對CFRP層板缺陷與鋪層方向的高效、可靠檢測。通過檢測試驗(yàn),研究了檢測參數(shù)、缺陷幾何特征與鋪層方向?qū)岵ɡ走_(dá)信號響應(yīng)特征的影響規(guī)律,分析了各種特征提取算法(相關(guān)算法、瞬時(shí)特性時(shí)域積分與雙路Chirp鎖相相關(guān))的優(yōu)勢,驗(yàn)證了仿真分析結(jié)果的正確性,確定了合理的檢測參數(shù)范圍。依據(jù)無損檢測POD(Probability of Detection)分析理論與方法,對紅外熱波雷達(dá)成像檢測CFRP層板缺陷的POD水平開展了相關(guān)研究工作。提出了紅外熱波雷達(dá)成像無損檢測技術(shù)的缺陷判定準(zhǔn)則,分析了檢測參數(shù)、特征提取算法對POD水平的影響規(guī)律,獲得了不同缺陷判定閾值下,紅外熱波雷達(dá)成像檢測CFRP層板缺陷的POD數(shù)據(jù),為紅外熱波雷達(dá)成像檢測技術(shù)的工程應(yīng)用提供了有力依據(jù)。開展了紅外熱波雷達(dá)成像檢測CFRP層板缺陷與鋪層方向的識別方法研究,提出了基于有限元模型修正與數(shù)值優(yōu)化技術(shù)的CFRP層板缺陷與鋪層方向的識別方法。采用基于模擬退火算法與Nelder-Mead算法的混合算法實(shí)現(xiàn)了CFRP層板缺陷直徑與深度的識別,對于直徑在8~12mm,深度在0.6~2.0mm范圍內(nèi)的模擬層板缺陷,直徑與深度的預(yù)測誤差均小于6%;探討了所提出的識別方法檢測鋪層方向的可行性,研究表明該方法可實(shí)現(xiàn)7層CFRP層板鋪層方向的識別,鋪層角度最大預(yù)測誤差小于6°。
[Abstract]:Carbon fiber reinforced composite (Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP) has been widely used in aeronautics, aerospace, petrochemical, automobile and so on for its excellent properties such as high specific strength, high specific modulus and good fatigue properties. Wind power generation and military industry. In the process of forming and using CFRP laminate, it is easy to produce porosity, impact damage, fiber fracture, delamination, debonding and other defects due to the influence of molding process and working environment. The defects of CFRP laminates or fiber laminates will seriously affect the performance and service life of CFRP laminates, and it is urgent to be simple and effective in the process of production. Fast nondestructive testing method or technique can detect the defect and laying direction of CFRP laminate reliably. Infrared thermal wave radar imaging detection technology combines infrared thermal wave imaging detection with radar detection technology, which can effectively improve the bandwidth and signal-to-noise ratio of the thermal wave signal. It has the advantages of strong anti-jamming ability, large detection range and high detection sensitivity. This paper provides a new method for the detection of defects and orientation of CFRP laminates. Therefore, the infrared thermal wave radar imaging detection technology of CFRP laminate defects and laminates is studied systematically and deeply in this paper. The heat transfer process and temperature field distribution of the CFRP laminate subjected to the heat flux on the linear frequency modulation (Chirp) surface are studied. The time-frequency response characteristics of the thermal wave radar signal are determined by numerical simulation. Based on Hilbert transform, a feature extraction algorithm of heat wave radar signal is proposed, which is based on the temporal integral of Hilbert transform and dual Chirp phase locking. The influence and regularity of detection parameters and defect geometry on the characteristics of heat wave radar signal are analyzed. In this paper, the feasibility of infrared thermal wave radar imaging is discussed. The influence of detection parameters and layer orientation on the characteristic distribution of thermal wave radar signal is simulated and analyzed, which provides a theoretical basis for the related experimental research. An infrared thermal wave radar imaging detection system with modulated laser excitation is set up to detect the defects and layering direction of CFRP laminates with high efficiency and reliability. In this paper, the influence of detection parameters, defect geometry features and layering directions on the response characteristics of thermal wave radar signals is studied through testing experiments. Various feature extraction algorithms (correlation algorithms) are analyzed. The advantage of time-domain integral of instantaneous characteristics is related to two-channel Chirp phase locking), which verifies the correctness of the simulation results and determines the reasonable range of detection parameters. Based on the theory and method of nondestructive testing (POD (Probability of Detection), the POD level of infrared thermal wave radar imaging for detecting defects in CFRP laminates is studied. The defect determination criterion of infrared thermal wave radar imaging nondestructive testing technology is proposed. The influence of detection parameters and feature extraction algorithm on POD level is analyzed. The POD data of infrared thermal wave radar imaging for detecting defects in CFRP laminate provide a powerful basis for the engineering application of infrared thermal wave radar imaging detection technology. In this paper, the identification method of CFRP laminate defects and layering directions by infrared thermal wave radar imaging is studied, and a method based on finite element model correction and numerical optimization is proposed to identify the CFRP laminate defects and orientation. A hybrid algorithm based on simulated annealing algorithm and Nelder-Mead algorithm is used to identify the defect diameter and depth of CFRP laminates. The prediction errors of diameter and depth are less than 6. The feasibility of detecting the orientation of CFRP laminates by the proposed method is discussed. The results show that this method can recognize the orientation of seven layers of CFRP laminates, and the maximum prediction error of laying angle is less than 6 擄.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN957.52

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Moeness G.Amin;朱國富;陸心應(yīng);金添;;穿墻雷達(dá)成像[J];中國科技信息;2014年Z1期

2 李道京,張麟兮,俞卞章;主動雷達(dá)成像導(dǎo)引頭幾個(gè)問題的研究[J];現(xiàn)代雷達(dá);2003年05期

3 劉記紅;徐少坤;高勛章;黎湘;;基于隨機(jī)卷積的壓縮感知雷達(dá)成像[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2011年07期

4 成向陽,李寧,王海虹,尚鐵梁,王騏;半導(dǎo)體激光快速掃描雷達(dá)成像實(shí)驗(yàn)[J];中國激光;2001年07期

5 曹蕓茜;吳仁彪;劉家學(xué);盧曉光;;基于隨機(jī)濾波的探地雷達(dá)成像方法[J];信號處理;2011年12期

6 徐厚寶;楊東朋;;激光雷達(dá)成像壓縮傳感技術(shù)特定主體情報(bào)信息搜索系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];科技傳播;2012年24期

7 孫長印,保錚,張林讓;一種快速有效的雷達(dá)成像超分辨算法[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);1999年06期

8 王小寧,劉鵬,許家棟;雷達(dá)成像中插值算法的比較[J];現(xiàn)代雷達(dá);2001年04期

9 徐偉;袁斌;薛瑞峰;程方;;多站雷達(dá)成像系統(tǒng)成像特性分析[J];現(xiàn)代雷達(dá);2006年12期

10 方志紅;;一種基于數(shù)據(jù)流驅(qū)動的雷達(dá)成像系統(tǒng)[J];雷達(dá)科學(xué)與技術(shù);2011年05期

相關(guān)會議論文 前2條

1 余德軍;龔俊斌;馬杰;田金文;;激光成像雷達(dá)成像仿真技術(shù)研究[A];2006年全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會會議文集（D 光電信息處理技術(shù)專題）[C];2006年

2 沈斌;張曉玲;;平臺高頻振動對THz頻段雷達(dá)成像的影響分析及其解決方案[A];2007北京地區(qū)高校研究生學(xué)術(shù)交流會通信與信息技術(shù)會議論文集（下冊）[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前4條

1 天兵;印度首顆國產(chǎn)雷達(dá)成像衛(wèi)星升空[N];中國國防報(bào);2012年

2 士元;2009年德國5顆雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星天上相聚[N];大眾科技報(bào);2007年

3 天兵;韓國首顆雷達(dá)成像衛(wèi)星要上天[N];中國國防報(bào);2013年

4 本報(bào)實(shí)習(xí)記者 李金金;美國隱形衛(wèi)星:監(jiān)視別國[N];北京科技報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 許然;提高雷達(dá)成像質(zhì)量的若干新體制和新方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

2 龔金龍;CFRP層板缺陷與鋪層方向的紅外熱波雷達(dá)成像檢測技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 呂文濤;基于壓縮感知的雷達(dá)成像方法研究[D];上海交通大學(xué);2015年

4 謝曉春;壓縮感知理論在雷達(dá)成像中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2010年

5 徐建平;壓縮感知算法在雷達(dá)成像中的應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2012年

6 徐浩;基于空間譜理論和時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場的雷達(dá)成像研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

7 邢孟道;基于實(shí)測數(shù)據(jù)的雷達(dá)成像方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2002年

8 王碩;分布式無源雷達(dá)成像方法研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

9 杜小勇;稀疏成份分析及在雷達(dá)成像處理中的應(yīng)用[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

10 張格森;壓縮傳感理論及若干應(yīng)用技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孫士龍;基于壓縮感知的雷達(dá)成像若干問題研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 方午梅;SAR成像實(shí)時(shí)處理平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

3 王文超;壓縮感知理論在探地雷達(dá)成像中的應(yīng)用研究[D];華東交通大學(xué);2012年

4 張利軍;雷達(dá)成像的電磁仿真研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

5 程剛;雷達(dá)成像處理并行算法及軟件[D];西安電子科技大學(xué);2001年

6 敖卓均;穿墻雷達(dá)成像模式及算法研究[D];電子科技大學(xué);2012年

7 呂杰;基于通用電磁計(jì)算軟件的雷達(dá)成像系統(tǒng)[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

8 李文竹;散射截面測試與雷達(dá)成像研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

9 李秒余;EMD算法在雷達(dá)成像中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2006年

10 王帆;反導(dǎo)雷達(dá)成像及長度特征提取建模仿真研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

，

本文編號：2322377