碳纖維復(fù)合材料渦流檢測方法研究-開題報告

XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文)開題報告題目: 碳纖維復(fù)合材料渦流檢測方法研究專 業(yè) 名 稱 測控技術(shù)與儀器班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一、選題的依據(jù)及意義： 眾所周知，隨著科技的發(fā)展，碳纖維增強型復(fù)合材料因其優(yōu)越的性能在飛機制造、汽車制造、化工、造船與電氣設(shè)備等領(lǐng)域受到高度重視，尤其是在航空、船艦、核能設(shè)備等領(lǐng)域作為一種新型的非金屬材料，應(yīng)用越來越廣泛。它具有諸如低密度、耐高溫、高韌性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高導(dǎo)熱性、高設(shè)計容限以及對熱沖擊不敏感等優(yōu)良特性。然而，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在制造和使用過程中不可避免地會存在缺陷和遭受損傷。并且，碳纖維復(fù)合材料在損壞之前幾乎沒有先兆，其破壞具有突然性，這往往會造成嚴(yán)重的后果。因此，碳/碳復(fù)合材料零件內(nèi)部缺陷的無損檢測對于一些重要行業(yè)的特殊應(yīng)用具有非常重要的意義。現(xiàn)有的比較成熟的檢測方法有紅外熱成像檢測、X射線檢測、超聲檢測、激光檢測、聲發(fā)射檢測、微波檢測等。這些技術(shù)都達到了一定的效果。但是隨著航空技術(shù)的發(fā)展，對材料性能安全系數(shù)的要求越來越高，所以對檢測技術(shù)的要求也越來越高。渦流檢測較傳統(tǒng)檢測方法在某些方面有一定的優(yōu)勢，不僅可靠性高，而且在探測時不需清除零件表面的油脂、積碳和保護層，很多時候可在不分解飛機的前提下，在外場對飛機進行原位探傷。所以，渦流檢測在航空維修中應(yīng)用很廣泛。渦流檢測是根據(jù)電磁感應(yīng)原理發(fā)展起來的一種無損檢測方法，即交變磁場在導(dǎo)電材料中感應(yīng)出渦流，導(dǎo)電材料的表面層和近表面層的缺陷影響渦流的大小和分布，從而影響探頭測得的信號，根據(jù)信號的變化可得出缺陷的信息。渦流檢測在金屬材料的檢測上已趨成熟，然而碳纖維復(fù)合材料相比于金屬材料，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，電導(dǎo)率很低，且呈電各向異性，所以渦流檢測技術(shù)在碳纖維復(fù)合材料上的應(yīng)用要比金屬材料更加復(fù)雜。碳纖維復(fù)合材料的渦流檢測研究是近年來才開始的，國內(nèi)外的相關(guān)文獻還都很少，還有很多探索性的具有重大意義的工作要做。本論文正是基于這一現(xiàn)實情況，研究渦流檢測技術(shù)在碳纖維復(fù)合材料性能檢測和探傷方面的應(yīng)用。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢：碳纖維是主要由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。在纖維增強材料中，碳纖維是發(fā)展最迅速，應(yīng)用范圍最廣，可適用于不同領(lǐng)域要求的纖維材料。碳纖維是一種新型非金屬材料。它和它的復(fù)合材料具有密度低、耐熱、耐化學(xué)腐蝕、耐摩擦、抗輻射、減震、降噪等一系列優(yōu)異性能，而且作為纖維它還有柔軟性和可編、可紡織性，特別突出的是它的高比強度和高比模量兩大特性。碳纖維增強復(fù)合材料是八十年代后期發(fā)展起來并倍受重視的一類結(jié)構(gòu)材料。隨著制備技術(shù)的不斷進步，其發(fā)展十分迅速，被廣泛應(yīng)用在航空航天、艦船、核工業(yè)、兵器工業(yè)、汽車工業(yè)、民用建筑、電力電子等領(lǐng)域。碳纖維增強復(fù)合材料在制備和使用過程中由于各種原因，會造成材料制品存在不同類型的缺陷。與金屬材料不同，碳纖維增強復(fù)合材料在斷裂或損壞之前幾乎沒有先兆，其破壞具有突然性，并往往對結(jié)構(gòu)造成致命威脅，直至造成重大安全事故，因而對碳纖維復(fù)合材料的在役無損檢測就顯得格外重要。 航空工業(yè)最早大量采用碳纖維復(fù)合材料。碳纖維復(fù)合材料因其獨特、卓越的性能，在航空領(lǐng)域特別是飛機制造業(yè)中應(yīng)用廣泛。在航空工業(yè)中，飛行器的質(zhì)量減輕，就意味著油耗的降低，速度的加快。碳纖維強度高、密度低、變形量低的特點決定了它是理想的航空材料。目前，碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機和直升飛機上的使用量已占7O%-8O%，在軍用飛機上占30%-40%，在大型客機上占15%-50%。碳纖維復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用已從非承力部件擴大到主承力部件，如機翼、垂尾、前機身、鴨翼、腹鰭、方向舵及升降副翼。另外，碳纖維復(fù)合材料還大量用作高超音速飛機的剎車片，飛機上的發(fā)熱元件和機械緊固件，渦輪發(fā)動機葉片，內(nèi)燃機活塞等。近幾年，碳纖維復(fù)合材料也開始應(yīng)用于航天領(lǐng)域。目前，主要應(yīng)用于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、運載火箭、精密支撐結(jié)構(gòu)件、光學(xué)鏡體及空間相機等方面。90年代后期，碳纖維復(fù)合材料逐漸在汽車、土木建筑及文體用品等民用領(lǐng)域大顯身手。碳纖維復(fù)合材料擴大應(yīng)用的最大希望在于在汽車工業(yè)的應(yīng)用。在汽車車身、零部件中使用碳纖維復(fù)合材料，不但可以降低汽車的重量，而且可以更加經(jīng)濟環(huán)保，降低油耗。碳纖維復(fù)合材料剎車片是其中非常重要的應(yīng)用之一。碳纖維復(fù)合材料剎車片主要用于高速列車。隨著我國高速列車的飛速發(fā)展，這一應(yīng)用具有美好的前景。水泥在土木建材領(lǐng)域中用量最大，但水泥也有諸如脆性大、抗拉強度低等缺點。而現(xiàn)在用混凝土或水泥為基體制成的碳纖維增強復(fù)合材料，克服了水泥強度低，在混凝土中易開裂，易受到氯鹽、硫酸鹽等侵蝕的缺點，在冬季及寒冷地區(qū)有很大的應(yīng)用空間。碳纖維在體育用品方面的用量，占全世界碳纖維總消耗量的40%左右。碳纖維增強復(fù)合材料由于其高的比強度和高的阻尼特性主要被用在高爾夫球棒、釣魚竿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、越野賽汽車和滑雪板等的制造。近年來，隨著碳纖維產(chǎn)量的增加和價格的下降，碳纖維被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施、能源運輸工具、環(huán)保和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。為了解決全球氣候變暖、溫室氣體排放等環(huán)境問題，碳纖維復(fù)合材料在核電、風(fēng)電、電力傳輸、天然氣壓縮存儲、電動汽車等新能源領(lǐng)域的應(yīng)用也受到廣泛的關(guān)注和研究。 碳纖維復(fù)合材料在生產(chǎn)制造和使用過程中不可避免地會存在缺陷和遭受損傷。隨著碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)越性能被熟知，碳纖維復(fù)合材料在各行各業(yè)的應(yīng)用與日俱增，隨之而來的安全隱患也不斷增多，對碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的無損檢測更顯重要。針對不同的材料及不同的缺陷和損傷形式，可以采用不同的無損檢測手段。目前，復(fù)合材料無損檢測的常用方法有超聲檢測、渦流檢測、X射線檢測、激光檢測、計算機層析照相(CT)、聲發(fā)射檢測、紅外熱成像檢測、聲振檢測、微波檢測等。而碳纖維復(fù)合材料比較成熟的檢測方法是超聲檢測、X射線檢測以及紅外熱成像檢測。這幾種檢測方法都取得了一定的效果1。主要研究方法：1，紅外熱波檢測方法 紅外熱波無損檢測的基本原理是對檢測材料進行主動加熱，利用被檢測材料內(nèi)部熱學(xué)性質(zhì)差異以及熱傳導(dǎo)的不連續(xù)性使物體表面溫度產(chǎn)生差異，進而在物體表面的局部區(qū)域形成溫度梯度。溫度不同時紅外輻射能力也隨著發(fā)生變化，借助紅外熱像儀對被測試件進行探測，根據(jù)紅外熱像儀探測的輻射分布來推斷被測試件的內(nèi)部缺陷。李艷紅等用紅外熱波無損檢測技術(shù)對碳纖維層壓板的圓形缺陷進行了檢測研究。試驗結(jié)果顯示，該技術(shù)能以直觀易懂的圖像形式展現(xiàn)出被檢材料內(nèi)部的缺陷情況。原始圖像和一階微分圖像能較清楚地顯現(xiàn)出輪廓及溫度變化過程，還可以做缺陷尺寸標(biāo)定及深度測量。但由于熱圖對材料非均勻性的敏感，也可能會對某些試件缺陷造成誤判。蔣淑芳等利用紅外熱波檢測方法對碳纖維層壓板沖擊損傷進行了研究。結(jié)果表明，紅外波檢測方法可以清晰地表征碳纖維層壓板的纖維走向，還可以確定沖擊損傷在試件內(nèi)部隨深度的變化過程。李曉霞等對低速沖壓后的碳纖維復(fù)合材料進行了紅外熱波檢測分析，研究了損傷面積和沖擊能量之間的關(guān)系。結(jié)果表明，紅外熱波不僅對沖擊損傷的大小具有檢測能力，還可以對損傷材料內(nèi)部沖擊點處的擴展損傷模式進行有效的檢測?；粞愕壤妹}沖紅外熱成像技術(shù)，對碳纖維復(fù)合材料試樣內(nèi)部的模擬脫粘缺陷深度進行測量研究。利用該方法測量脫粘缺陷深度的精度由單點法標(biāo)定測量結(jié)果，實現(xiàn)了在被檢測材料熱屬性參數(shù)未知的情況下能較準(zhǔn)確地測量脫粘缺陷深度。金國鋒等為了實現(xiàn)對復(fù)合材料內(nèi)部界面貼合性缺陷的快速檢測和識別，采用超聲紅外熱波方法進行檢測研究。結(jié)果表明，超聲熱波方法適于復(fù)合材料裂紋、分層、沖擊損傷等界面貼合型缺陷的快速檢測和識別，而對脫粘等非界面貼合型缺陷檢測無效果。綜上，紅外熱波檢測技術(shù)可以對碳纖維復(fù)合材的裂紋、分層等內(nèi)部缺陷進行無損檢測，但是根據(jù)紅外熱波檢測的原理可知，檢測過程要經(jīng)過加熱、熱傳導(dǎo)、形成溫度梯度，進而產(chǎn)生輻射等多個步驟，因此，在檢測過程中需要一定的時間，不能進行快速的掃描檢測。 2，超聲檢測方法 超聲檢測技術(shù)是工業(yè)上無損檢測的方法之一。超聲波進入物體遇到缺陷時，一部分聲波會產(chǎn)生反射，接收器可以對反射波進行分析，精確地測出缺陷來，并且能顯示出內(nèi)部缺陷的位置和大小，并可測定材料的厚度等。超聲檢測技術(shù)不僅可以檢測碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部的裂紋、夾雜等缺陷，還可以對其內(nèi)部缺陷進行定位，另外還能對碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部的空隙進行檢測。但是，超聲檢測是一種接觸式的檢測，為了使超聲信號少衰減地進入到被檢測材料內(nèi)部，探頭處需要有藕合劑，這樣就會對被測試件的表面造成污染，無法進行快速的掃描檢測。 3，滲透和層析檢測方法 采用滲透和層析檢測碳纖維復(fù)合材料缺陷，是利用各組分物理性質(zhì)的不同，將多組分混合物進行分離及測定的方法。滲透檢測方法可以檢測碳纖維復(fù)合材料由于鉆孔產(chǎn)生的分層缺陷。但是，滲透檢測方法是一種表面無損檢測方法，只適用于檢測表面開口的缺陷，無法對內(nèi)部缺陷進行有效檢測。 4，聲發(fā)射檢測方法 聲發(fā)射檢測是通過接收和分析材料的聲發(fā)射信號，評定材料性能和結(jié)構(gòu)完整性的一種無損檢測方法。材料中因裂縫擴展、塑性變形或相變等引起的應(yīng)變快速釋放而產(chǎn)生的應(yīng)力波現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。聲發(fā)射檢測技術(shù)可以有效地檢測出碳纖維復(fù)合材料的內(nèi)部缺陷及損傷類型。但是，對聲發(fā)射法來說，缺陷所處的位置和方向并不影響聲發(fā)射的檢測效果，即用聲發(fā)射檢測技術(shù)無法檢測出缺陷的位置。 5,微波無損檢測方法 微波檢測技術(shù)是以微波物理學(xué)、電子學(xué)和微波測量為基礎(chǔ)的微波技術(shù)應(yīng)用。以微波作為信息載體，對各種材料構(gòu)件和自然現(xiàn)象進行檢測和診斷，對物體性能和工藝參數(shù)等非電量進行非接觸、非污染的快速測量和監(jiān)控，是一門新興的綜合性技術(shù)科學(xué)。微波檢測的原理是研究微波與物質(zhì)之間的相互作用，通過微波的物理特性(如反射、散射、衍射、透射及多普勒效應(yīng)等)及被檢測材料的電磁特性(如介電常數(shù)和損耗的相對變化)來測量微波基本參數(shù)的變化，以實現(xiàn)對被測材料的性能、缺陷等非電量的檢測。 但這些檢測方法也都有各自的缺點:超聲檢測檢測時要求被檢測表面有一定的光滑度，對小、薄和復(fù)雜零件難以檢測，在檢測過程中還需要使用耦合劑,X射線檢測成本高，檢測效率低，檢測分層缺陷困難，不易發(fā)現(xiàn)與射線垂直方向上的裂紋，經(jīng)常需要和超聲反射法互補使用;紅外熱成像檢測要求被測件傳熱性能好，表面發(fā)射率高，并且這種方法檢測深度比較小，不適合內(nèi)部缺陷的檢測，對缺陷的定性、定位與定量比較困難。渦流檢測是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的無損檢測方法。它的基本原理可以描述為：當(dāng)載有交變電流的試驗線圈靠近導(dǎo)體試件時，線圈產(chǎn)生的交變磁場會在導(dǎo)體中感生出渦流。渦流的大小、相位及流動形式受到試件性能及有無缺陷的影響，而渦流的反作用磁場又使線圈的阻抗發(fā)生變化。因此，通過測定實驗線圈阻抗的變化，就可以推斷出被檢試件性能的變化及有無缺陷的結(jié)論。 渦流檢測是以研究渦流與試件的相互作用為基礎(chǔ)的一種常規(guī)無損檢測方法。 渦流檢測的優(yōu)點如下：1）檢測線圈不需要接觸工件，也不需要耦合劑，對管、棒、線材的檢測易于實現(xiàn)高速、高效率的自動化檢測；也可在高溫下進行檢測，或?qū)ぜM窄區(qū)域及深孔壁等探頭可達到的深遠處進行檢測；2）對于工件表面及近表面的缺陷有很高的檢測靈敏度；3）采用不同的信號處理電路，抑制干擾，提取不同的渦流影響因素，渦流檢測可用于電導(dǎo)率測量、膜層厚度測量、及金屬薄板厚度測量；4）由于檢測信號是電信號，所以可對檢測結(jié)果進行數(shù)字化處理，然后存儲、再現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理和比較。 渦流檢測的局限性如下：1）只適用于檢測導(dǎo)電金屬材料或能感生出渦流的非金屬材料；2）由于渦流滲透效應(yīng)的影響，只適用于檢查金屬表面及近表面缺陷，不能檢查金屬材料深層的內(nèi)部缺陷；3）渦流效應(yīng)的影響因素多，目前對缺陷的定性和定量還比較困難；4）針對不同工件采用不同檢測線圈檢查時各有不足。如檢測管、棒材，采用穿過式線圈難以對圓周上的缺陷定位，而使用旋轉(zhuǎn)式探頭線圈則監(jiān)測區(qū)域狹小、速度較慢；5）鐵磁性材料及制件常需要完全直流磁化到飽和，以免在渦流檢測期間磁化狀態(tài)變化引起的檢測結(jié)果不直觀，難以判斷缺陷的性質(zhì)、大小及形狀等現(xiàn)象。碳纖維復(fù)合材料具有一定的導(dǎo)電能力，理論上可以用渦流檢測技術(shù)進行檢測。而且渦流檢測有成本低、設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點，所以碳纖維復(fù)合材料渦流檢測的研究具有重要意義。雖然碳纖維復(fù)合材料具有導(dǎo)電能力，但是其電導(dǎo)率較金屬材料低得多，并且電導(dǎo)率在各個方向上是不同的，這就大大增加了渦流檢測的難度。如何設(shè)計檢測探頭以及設(shè)置良好的檢測條件以提高檢測的靈敏度，提高信噪比，成為了碳纖維復(fù)合材料渦流檢測研究的重點之一。實驗探究的方法是最早也是最常用的碳纖維復(fù)合材料渦流檢測的研究方法1,2。2003年，斯特拉斯克萊德大學(xué)的C.Carr等人利用基于高溫超導(dǎo)量子干涉儀（HTS SQUID)磁力計的渦流檢測系統(tǒng)，掃描碳纖維復(fù)合材料樣品表面，得到了樣品表面的磁場，檢測出了隱藏的損傷。從其磁場相位圖可以看出磁場相位取決于樣品的結(jié)構(gòu)完整性，相位導(dǎo)數(shù)最小值隨著撞擊能量增加而變大。2007年，那不勒斯費德里克二世大學(xué)的C. Bonavolonta等人利用相似的渦流檢測系統(tǒng)，檢測了碳纖維復(fù)合材料的缺陷。通過分析磁通量變化的圖像，確定了材料內(nèi)損傷的位置，并且得到了損傷的大小及形狀。應(yīng)用HTS SQUID磁力計的渦流檢測系統(tǒng)可以比較好地完成對復(fù)合材料損傷的檢測。未來的主要研究方向是發(fā)展一個基于包含低溫冷卻系統(tǒng)的二階梯度儀的數(shù)字式HTS SQUID無損檢測系統(tǒng)。2005年，羅馬尼亞國家技術(shù)物理研究所的R. Grimberg等人利用渦流微集中傳感器對碳纖維復(fù)合材料樣品表面進行掃描，得到了材料中碳纖維的分布圖像。通過渦流顯微鏡處理圖像，并利用全息信號處理方法處理檢測信號的相位信息，得到聚焦的比較清晰的圖像，從而可以很清楚的看出損傷區(qū)域。2009年，曼徹斯特大學(xué)的W .Yin等人設(shè)計了三種不同的線圈傳感器分別用于測量碳纖維復(fù)合材料的體電導(dǎo)率，描繪纖維的方向特性和對單向碳纖維、正交雙向碳纖維及受撞擊損壞的復(fù)合材料樣品進行故障檢測并成像。同時還對垂直距離(傳感器與樣品距離)變化帶來的影響進行了驗證。這個實驗的成功說明即使利用簡單的檢測線圈也能完成對碳纖維復(fù)合材料的渦流檢測，可充分利用渦流檢測設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點。2013年,日本大學(xué)的K. Koyama等人研宄發(fā)現(xiàn)通過改變激勵線圈與碳纖維復(fù)合材料纖維方向之間的放置角度可以減少噪聲信號,提高信噪比?？紤]到碳纖維復(fù)合材料的電各向異性及纖維缺陷的特點,他們設(shè)計了一種矩形的交叉渦流檢測探頭(CP探頭),可以清楚的檢測到碳纖維復(fù)合材料內(nèi)部的缺陷。但是對雙向的碳纖維復(fù)合材料的檢測,噪聲信號會比較大,所以他們計劃設(shè)計一個新的探頭,并加入信號處理器來提高信噪比。2010年,南昌航空航天大學(xué)的凡漢云等人研究了碳纖維復(fù)合材料的瞬變電磁檢測。基于瞬變電磁響應(yīng)的理論,采用快速傅里葉變換方法,推導(dǎo)出層狀介質(zhì)下的瞬變電磁響應(yīng)公式。對復(fù)合材料的電磁響應(yīng)進行了正演仿真計算,結(jié)果表明:瞬變電磁法對碳纖維復(fù)合材料中含有的不同電阻率的媒質(zhì)有一定的分辨能力。最后,采用雙道淺部瞬變電磁檢測系統(tǒng)對預(yù)埋缺陷的碳纖維復(fù)合材料進行了檢測驗證,在檢測試驗中選擇絕對式和差分式兩種探頭和四種不同激勵頻率進行了對比試驗。研宄表明:差分式探頭對碳纖維復(fù)合材料有較好的檢測能力1。 國內(nèi)外對碳纖維復(fù)合材料渦流檢測的研究還很少，仍處于剛開始發(fā)展的起步階段，還有很多的研究工作有待完成和嘗試。三、研究內(nèi)容及實驗方案：1.研究內(nèi)容 樹脂基纖維增強疊層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中的常見缺陷包括分層、脫粘、孔隙、纖維彎曲、夾雜、富脂、貧脂、劃痕、涂層損傷、鋪層損傷、穿透性損傷、熱損傷、鼓包等。渦流檢測目前仍處于當(dāng)量比較檢測階段,定性定量檢測還需進一步研究。本文旨在設(shè)置良好的檢測條件以提高檢測的靈敏度，提高信噪比，達到對碳纖維復(fù)合材料缺陷的定量以及嘗試對缺陷進行定性分析。 碳纖維本身具有一定的導(dǎo)電性。將碳纖維固化到絕緣的樹脂基體中,復(fù)合成的碳纖維復(fù)合材料在沿著碳纖維的方向有一定的電導(dǎo)率,稱之為縱向電導(dǎo)率。由于在碳纖維被固化到基體中時纖維之間會有互相接觸,所以在垂直于纖維的方向存在較小的電導(dǎo)率,稱之為橫向電導(dǎo)率。一般認(rèn)為,縱向電導(dǎo)率會隨著材料中碳纖維所占體積分?jǐn)?shù)的增加而線性變大,而橫向電導(dǎo)率的變化則較復(fù)雜。當(dāng)碳纖維體積分?jǐn)?shù)小于30%-40%時,橫向電導(dǎo)率幾乎為0。典型的碳纖維復(fù)合材料的碳纖維體積分?jǐn)?shù)在60%-70%之間,一般認(rèn)為縱向電導(dǎo)率在5000-50000S/m之間,而橫向電導(dǎo)率在10-100S/m之間。同時在層壓結(jié)構(gòu)中,每層碳纖維材料之間也會存在電導(dǎo)率。層間電導(dǎo)率的大小與鋪層間的壓合程度有關(guān),一般認(rèn)為是橫向電導(dǎo)率的一半左右1。設(shè)置良好的檢測條件：通過調(diào)節(jié)檢測頻率、減少提離效應(yīng)、改變激勵線圈與碳纖維復(fù)合材料纖維的放置角度使縱向纖維接觸面最廣從而提高檢測靈敏度；將檢測設(shè)備調(diào)制成最佳檢測條件，檢測碳纖維復(fù)合材料試塊與標(biāo)準(zhǔn)試塊進行當(dāng)量比較得出缺陷當(dāng)量；熟悉碳纖維復(fù)合材料的典型及最重要最致命的缺陷（如分層、脫粘、孔隙、夾雜、纖維彎曲等），對預(yù)埋或已知缺陷的碳纖維復(fù)合材料的試塊進行檢測，觀察并記錄渦流檢測儀顯示設(shè)備上的圖形特點，處理實驗數(shù)據(jù)并分析，嘗試對碳纖維復(fù)合材料的典型缺陷進行定性的分析識別。2. 實驗方案2.1實驗設(shè)備 EEC-35+ 多頻渦流檢測儀2.2試驗方法 1、電導(dǎo)率的測量 由于碳纖維復(fù)合材料的各向異性的特性，目前運用較多的為四探針法，但是測量難度大，準(zhǔn)確度不高。在測量時，在測試方向上，如果纖維沒有露出來，需要打磨，直至露出來，且和內(nèi)部相同。然后用導(dǎo)電膠把整個截面粘上，再在導(dǎo)電膠外面連上導(dǎo)線測電阻，然后計算體積，得出體積電阻，體積電阻率，從而得出電導(dǎo)率。（計算結(jié)果可以由被測碳纖維復(fù)合材料的碳纖維體積分?jǐn)?shù)查閱出大概電導(dǎo)率進行對比）也可以嘗試直接運用FQR7501、FQR7502型渦流電導(dǎo)儀和Hocking Auto Sigma 3000電導(dǎo)率測量儀對碳纖維復(fù)合材料試件的平均電導(dǎo)率進行測量； 2、渦流傳感器（又稱渦流檢測線圈或探頭）的選擇 （a，根據(jù)檢測線圈輸出信號的不同，渦流傳感器可分為參量式和變壓器式兩類；b，根據(jù)檢測線圈和工件的相對位置不同，渦流傳感器可分為外穿過式線圈、內(nèi)穿過式和放置式線圈三類；c，根據(jù)線圈的繞制方式不同，渦流傳感器可分為絕對式、標(biāo)準(zhǔn)比較式和自比較式三類）通過對碳纖維復(fù)合材料試件的幾種不同的探頭的檢測，選擇精度高的探頭類型； 3、檢測頻率的選擇 在渦流檢測準(zhǔn)備工作中，最重要的一點就是檢測頻率的選擇。根據(jù)渦流檢測經(jīng)驗公式： 1）管材：f=6.45/t2（其中，為材料的電阻率，t為管材厚度） 2）板材：對于板材也可用上述公式進行頻率的選擇，其中t為板材厚度；其實，對于板材的渦流檢測，完全可以通過計算標(biāo)準(zhǔn)滲透深度，在計算有效滲透深度來確定頻率。另外，在計算和實際應(yīng)用中，應(yīng)用經(jīng)驗公式時要考慮提離和填充。最后，選擇好的檢測頻率還是要在調(diào)試過程中調(diào)整，以便達到最佳檢測靈敏。 4、檢測影響因素的測量 當(dāng)載有交表電流的線圈接近導(dǎo)電試件時，會在試件表面產(chǎn)生渦流。渦流的大小和流動形式受試件性能及有無缺陷的影響。其中，試件導(dǎo)電率的變化、線圈離試件的距離的變化以及試件本身厚度的變化等都會影響渦流的改變，從而影響檢測線圈的電性能。通常，這些效應(yīng)分別被稱為電導(dǎo)率效應(yīng)、提離效應(yīng)、厚度效應(yīng)。因此，通過對檢測線圈電性能的測量，對碳纖維復(fù)合材料試件的電導(dǎo)率效應(yīng)、提離效應(yīng)和厚度效應(yīng)進行測量。 具體步驟：1)調(diào)節(jié)好信號發(fā)生器的輸出頻率、正弦交流電的幅值；2）電導(dǎo)率效應(yīng)的測量：將試塊放在實驗線圈下方，讀取微安表的讀數(shù)并記錄；依次改變試驗頻率和位置后，再次讀取微安表的讀數(shù)并記錄；3）提離效應(yīng)的測量：將試塊放在實驗線圈下方，改變試塊與線圈之間的距離，讀取3-5個不同距離時微安表上的讀數(shù)；改變試驗頻率，讀取微安表上的讀數(shù)；4)厚度效應(yīng)的測量：分別將厚度不同的試塊放置在實驗線圈下方的同一位置，讀取微安表的讀數(shù)并記錄；改變試驗頻率或位置后，再次讀取微安表的讀數(shù)并記錄。 實驗注意事項：1）試驗頻率不宜過低，以避免渦流滲透深度過深引起的誤差；2）操作時要將探頭放置在試塊的中心位置，注意避免邊緣效應(yīng)引起的誤差。 5、檢測深度的測量 當(dāng)頻率較高時，渦流幾乎只在導(dǎo)體表面附近的薄層內(nèi)流動。這種渦流主要集中在導(dǎo)體表面附近的現(xiàn)象，稱為趨膚效應(yīng)。渦流透入導(dǎo)體的距離稱為透入深度。定義渦流密度衰減到其表面值1 /e時的透入深度為趨膚深度。趨膚深度表示渦流在導(dǎo)體內(nèi)的趨膚程度。電各向同性的良導(dǎo)體材料的趨膚深度為：1 （1） （1）式中：為趨膚深度，單位：米（m)；f為激勵信號的頻率，單位：赫茲(Hz)；為被檢工件的磁導(dǎo)率，單位亨利/米(H/m)；為被檢工件電導(dǎo)率，單位：西門子/米(S/m)。 6、碳纖維復(fù)合材料試塊的渦流探傷：利用渦流探傷儀進行渦流探傷實驗，檢測各類人工和自然缺陷：1）對被檢試塊、標(biāo)準(zhǔn)試塊分別進行檢測；2）進行檢測時，接好已選擇的合適的探頭，開啟電源，選擇阻抗平面顯示；3）根據(jù)屏幕操作提示，選擇參數(shù)、檢測等項目，進行參數(shù)基本設(shè)定及檢測中參數(shù)設(shè)定；4）對檢測結(jié)果進行記錄，要求記錄檢測參數(shù)、缺陷示意圖、用阻抗式儀器的阻抗圖；5）分析處理實驗數(shù)據(jù)，通過與標(biāo)準(zhǔn)試塊對比進行缺陷的定量、定性分析。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進度:1.研究目標(biāo)：對碳纖維復(fù)合材料試塊進行渦流無損探傷，通過理論學(xué)習(xí)與實際實驗達到對其缺陷的定量分析，并嘗試對其主要缺陷進行定性分析。2.主要特色：運用渦流檢測對碳纖維復(fù)合材料進行無損探傷：1）檢測線圈不需要接觸工件，不需耦合劑；2）對工件表面及近表面缺陷有很高的檢測靈敏度，檢測可靠性高；3）探測時不需清除零件表面的油脂、積碳和保護層，很多時候可在不分解飛機的前提下，在外場對飛機進行原位探傷；4）由于檢測信號是電信號，可對檢測結(jié)果進行數(shù)字化處理，方便快捷，易于實現(xiàn)缺陷的實際還原展現(xiàn)。3.工作進度：2014.2.242014.3.20 前期資料收集、調(diào)研，熟悉其結(jié)構(gòu)特性和電磁特性。2014.2.212014.4.05 檢測方法及檢測工藝的確定撰寫開題報告，開題。 2014.4.062014.5.01 檢測信號的分析及處理，缺陷的定性及定量方法研究。2