蜂窝夹层结构的激光错位散斑检测技术研究

论文摘要

蜂窝夹层结构复合材料具有密度低、比强度和比刚度大、热膨胀系数小、耐冲击、稳定性好，承载能力高等诸多优点，在航空航天领域已逐渐取代了金属材料，得到了越来越广泛的应用。但在生产制造和使用过程中，蜂窝夹层结构不可避免地存在缺陷或遭受损伤，从而影响了结构性能，导致安全隐患。为保证材料的安全应用，采用必要的无损检测手段控制其质量就显得尤为重要。本文以按照HB5461-1990制作的蜂窝夹层结构样件为研究对象，对激光错位散斑检测技术的应用进行研究，优化其检测工艺参数，并结合有限元软件模拟计算缺陷的离面位移，探索常规无损检测方法无法解决的紧贴型缺陷问题。本文采用LTI-5100HD激光错位散斑检测系统对预置缺陷的航空铝蜂窝结构样件进行了无损检测，通过对错位方向、错位量、加载方式、加载载荷等工艺参数进行优化，获取了清晰的缺陷检测图像；同时将检测结果与超声C扫描检测结果进行对比分析，两者可相互验证。结果表明：热加载激光错位散斑技术在铝蜂窝结构的缺陷检测和缺陷尺寸测量中都较为可靠，且检测过程中的工艺参数控制对检测结果有显著影响。相比超声方法，错位散斑检测在检测速度上有很大的优势，完全符合目前复合材料大面积快速检测的要求。本文对预置缺陷的C型蜂窝结构雷达罩样件进行外部抽真空错位散斑检测；并结合有限元软件Abaqus建立模型，对真空加载下缺陷的变形量进行理论计算，将理论数据与错位散斑检测结果进行对比分析。结果表明：真空加载技术会使蜂窝结构缺陷部位的外表面产生相对正常部位不同的离面位移，且当此离面位移达到2μm时，错位散斑技术就可识别并判定缺陷。由此验证了错位散斑检测在蜂窝夹层结构紧贴型缺陷检测中的可行性，并得出了真空加载时载荷选取的规律。结果同样证明了理论模型的可靠性，为真空加载的实际应用提供了参考。本文通过有限元模拟分析与实际检测的对比，证明了激光错位散斑检测技术适用于航空航天领域大面积复合材料构件的现场快速检测。本文研究结果为激光错位散斑技术在实际检测中的进一步发展应用提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据及意义
• 1.1.1 夹层复合材料特点及应用
• 1.1.2 蜂窝夹层复合材料的缺陷类型
• 1.1.3 复合材料无损检测方法
• 1.2 散斑检测的国内外研究及发展现状
• 1.2.1 散斑检测技术的来源与发展
• 1.2.2 国外研究及应用现状
• 1.2.3 国内研究及应用现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 错位散斑检测原理
• 2.1 概述
• 2.2 错位散斑干涉原理
• 2.2.1 激光散斑的物理性质
• 2.2.2 图像错位装置
• 2.2.3 光学原理
• 2.2.4 条纹解释
• 2.3 加载方式
• 2.4 相移技术
• 2.5 小结
• 第3章 热加载错位散斑检测工艺研究
• 3.1 检测系统及实验试件
• 3.1.1 LTI-5100HD 激光错位散斑检测系统
• 3.1.2 铝蜂窝结构样件
• 3.2 热加载错位散斑无损检测工艺研究
• 3.2.1 加载方式的选取
• 3.2.2 错位方向对 NDT 检测的影响研究
• 3.2.3 错位量对 NDT 检测的影响研究
• 3.2.4 热加载时间对 NDT 检测的影响研究
• 3.3 相位解包裹算法
• 3.4 试块大视场检测
• 3.5 超声 C 扫描结果对比
• 3.6 小结
• 第4章 蜂窝夹层结构紧贴型缺陷检测可行性分析
• 4.1 试件设计与制作
• 4.2 激光错位散斑检测
• 4.2.1 实验装置及方法
• 4.2.2 错位散斑检测结果
• 4.2.3 离面位移测量
• 4.3 有限元模拟
• 4.3.1 有限元思想及 Abaqus 软件简介
• 4.3.2 试件建模及模拟
• 4.3.3 模拟计算结果
• 4.4 理论与实际对比分析
• 4.5 小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文和参加科研情况
• 一、攻读硕士学位期间发表的论文
• 二、攻读硕士学位期间参加科研情况
• 三、攻读硕士学位期间获得的奖励和荣誉
• 致谢