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纤维增强复合材料磁法检测技术研究

作　者: 张欣莹
导　师: 于润桥
学　校: 南昌航空大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 纤维增强复合材料磁法检测成像
分类号: TB302.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

复合材料由两种或多种组分材料所组成，原材料本身存在强度低和抗疲劳性低等物理特性，在材料成型过程中呈现各向异性。纤维增强复合材料作为新型材料应用于结构复杂的零件中，其内部质量难以预见，容易产生结构异常如孔隙和分层等缺陷，这种结构上的异常通常在材料表面无痕迹，实际的内部纤维发生断裂，大大降低了其力学性能和承载能力，材料的疲劳损伤问题随之暴露，从而对复合材料的无损检测提出了新的要求。超声检测技术在针对纤维增强复合材料缺陷检测过程中存在检测盲区，而热成像检测方法存在操作复杂,检测图像不能保存等缺点，基于纤维增强复合材料的无损检测现状，本课题提出一种磁法检测技术方法。通过纤维增强复合材料的磁性分析可知，该材料的相对磁导率大于空气，属于弱顺磁性物质，证明磁法检测适用于纤维增强复合材料检测。针对预置人工缺陷和存在自然缺陷材料，实行高精度磁法检测仪的磁特征信号采集，根据磁感应信号强度差异，划分缺陷的判定准则。实验结果表明，若磁感应强度峰值变化大于30nT的区域，可判定为磁异常区域；对原始数据进行差分处理，若差分信号突变超出红色阈值线或大于10nT，则判断此处为缺陷的中心区域，以此进行缺陷定位；对原始数据进行相关性处理，若相关系数大于0.15，则判定为缺陷的边界，以此进行缺陷当量的测定。在验证磁法检测技术对纤维增强复合材料检测的可行后，使用磁法自动检测系统，根据阵列式传感器采集到的多通道磁感应强度信号，对纤维增强复合材料进行二维成像处理，达到对缺陷的定性、定位和定量，验证磁法自动检测系统对纤维增强复合材料缺陷检测的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
    1.1.1 课题研究背景  9
    1.1.2 课题研究意义  9-10
  1.2 纤维增强复合材料无损检测国内外研究现状  10-14
    1.2.1 碳纤维复合材料无损检测研究现状  10-12
    1.2.2 玻璃纤维复合材料研究现状  12-14
  1.3 课题主要研究内容  14-15
2 磁法检测的物理基础和机理分析  15-22
  2.1 地磁场特性  15-18
    2.1.1 地磁场  15
    2.1.2 地磁场要素  15-16
    2.1.3 均匀地磁场  16-18
  2.2 物质的磁性  18-19
    2.2.1 物质的磁化  18
    2.2.2 物质的磁性分类  18-19
  2.3 磁法检测原理  19-21
  2.4 本章小结  21-22
3 试验材料及试验仪器  22-35
  3.1 试验材料——碳纤维复合材料  22-27
    3.1.1 碳纤维复合材料成分分析  22-23
    3.1.2 碳纤维复合材料的磁性分析  23-26
    3.1.3 试验材料  26-27
  3.2 试验材料——玻璃纤维复合材料  27-29
    3.2.1 玻璃纤维复合材料成分分析  27
    3.2.2 玻璃纤维复合材料的磁性分析  27-29
    3.2.3 试验材料  29
  3.3 磁法检测仪  29-32
    3.3.1 磁法检测仪介绍  30
    3.3.2 磁法检测仪的主要技术参数  30-32
  3.4 磁法检测仪自动检测系统  32-34
    3.4.1 弱磁检测部分的选择设计  33-34
    3.4.2 传动电机部分的选择和设计  34
  3.5 本章小结  34-35
4 试验检测结果分析及磁法检测可行性验证  35-61
  4.1 检测信号分析  35-38
    4.1.1 根据检测信号对缺陷定性  35
    4.1.2 根据检测信号对缺陷定位  35-38
    4.1.3 根据检测信号对缺陷定量  38
  4.2 实验方案  38-39
  4.3 碳纤维复合材料人工缺陷检测结果分析  39-46
    4.3.1 无缺陷处检测结果分析  40-42
    4.3.2 预置缺陷 A 5 点检测结果分析  42-44
    4.3.3 多个预置缺陷点检测结果分析  44-46
  4.4 碳纤维复合材料自然缺陷检测结果分析  46-50
  4.5 玻璃纤维复合材料人工缺陷检测结果分析  50-57
    4.5.1 无缺陷处检测结果分析  51-53
    4.5.2 预置缺陷 B 2 点检测结果分析  53-55
    4.5.3 多个预置缺陷检测结果分析  55-57
  4.6 玻璃纤维复合材料自然缺陷检测结果分析  57-60
  4.7 本章小结  60-61
5 磁法检测二维成像  61-69
  5.1 二维磁场成像原理  61
  5.2 碳纤维复合材料人工缺陷成像结果分析  61-63
  5.3 碳纤维复合材料自然缺陷成像结果分析  63-65
  5.4 玻璃纤维复合材料人工缺陷成像结果分析  65-66
  5.5 玻璃纤维复合材料自然缺陷成像结果分析  66-67
  5.6 本章小结  67-69
6 总结和展望  69-70
参考文献  70-73
攻读硕士期间发表的论文  73-74
致谢  74-75

纤维增强复合材料磁法检测技术研究

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