一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法
【专利摘要】本发明属于复合材料及无损检测【技术领域】，涉及一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法。本发明方法的实现包括：超声换能器、超声检测单元、孔隙率评估建模、孔隙率建库等主要部分。利用已知孔隙率含量的复合材料试块通过测量检测信号得到超声参数，建孔隙率评估模，按照被检测复合材料的种类和成型工艺方法，建立孔隙率数据库，用于建模的复合材料试块相邻孔隙率含量级差范围为0.5%—1.0%。通过选择复合材料孔隙率数据库中的对应材料和工艺类型，实现不同复合材料的孔隙率超声数值评估，并可实时进行孔隙率数值的自动报警、记录、保存等。可用于复合材料工程结构的室内外孔隙率数值评估与检测，且不需要特殊制样，快速高效，无污染。
【专利说明】一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料与无损检测【技术领域】，涉及一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法。
【背景技术】
[0002]随着复合材料在受力结构中的推广应用，在复合材料结构设计和结构制造过程中，需要对复合材料孔隙率进行检测和评估，防止孔隙率的含量超过设计允许的安全阈值。目前，在复合材料制造过程中，主要是采用的复合材料孔隙率抽样方法来间接的推测实际复合材料零件的孔隙率含量:具体的方法是:(1)利用对随炉件的取样和制样，然后进行金相观察，观察制样断面是否存在空隙，并以此来推测同炉的复合材料零件是否有孔隙率；
[2]利用从复合材料零件切下的边角余量进行制样，然后进行金相观察，观察制样断面是否存在空隙，并以此来推测复合 材料零件是否有孔隙率。由于复合材料在制作过程中，孔隙率具有十分强烈的随机分布特点，再加上复合材料自身的强烈离散性，中这两种方法最为显著的不足是，都不能得到实际复合材料零件中的孔隙率分布，而仅仅是一种基于理论上的工艺等同和工艺质量严格均匀的假设，与实际情况相差颇远，而且需要特殊制样，周期长，效率低，存在环境污染，目前在复合材料等工程结构上难以推广应用；(3)利用超声波在复合材料中的底波衰减变化，进行复合材料孔隙率的评判，采用的主要方法是根据来自复合材料底波或者穿透复合材料的透射波幅值的降低进行孔隙率粗略的判断，其显著的不足是，由于影响底波或者透射波幅值变化的因素较多，而且，很多时候，底波或者透射波幅值的降低不一定是因为孔隙率的存在引起的，容易引起误判，因此，这种方法在实际应用中也没能得到推广应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种快速高效环保的非破坏性复合材料孔隙率超声数值评估方法，实现复合材料的孔隙率超声数值评估，提高复合材料孔隙率评估的准确性，以实现复合材料工程结构的孔隙率超声数值评估。本发明的技术解决方案是，
[0004]基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法的基本构成包括:超声换能器
(I)、超声检测单元(2)、孔隙率评估建模(3)、孔隙率数据库(4)，超声换能器(I)采用适合被检测复合材料零件表面接触耦合或者非接触耦合超声换能器，超声检测单元(2)采用具有检测信号数字化功能和检测信号显示、检测参数设置、超声参数计算分析和输出、存储功能的超声检测仪器，超声检测单元(2)的信号数字化处理的工作频率带宽不低于100MHz，利用超声换能器(I)和超声单元(2)对已知孔隙率含量的复合材料试块进行超声参数测试，得到已知相同工艺特点和不同孔隙率级差的复合材料试块的超声参数，利用所测超声参数建复合材料孔隙率评估模，形成相应的被检测复合材料类型的孔隙率评估模型；建立孔隙率数据库(4);
[0005]复合材料孔隙率评估建模方程求解方法为:[0006](I)根据已知孔隙率含量的复合材料试块工艺特点和孔隙率试块级差，确定方程的幂次方η，η 一般不大于已知不同孔隙率含量的复合材料试块个数，(2)求解方程:
【权利要求】
1.一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法，其特征是， 基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法的基本构成包括:超声换能器(I)、超声检测单元(2)、孔隙率评估建模(3)、孔隙率数据库(4)，超声换能器(I)采用适合被检测复合材料零件表面接触耦合或者非接触耦合超声换能器，超声检测单元(2)采用具有检测信号数字化功能和检测信号显示、检测参数设置、超声参数计算分析和输出、存储功能的超声检测仪器，超声检测单元(2)的信号数字化处理的工作频率带宽不低于100MHz，利用超声换能器(I)和超声单元(2)对已知孔隙率含量的复合材料试块进行超声参数测试，得到已知相同工艺特点和不同孔隙率级差的复合材料试块的超声参数，利用所测超声参数建复合材料孔隙率评估模，形成相应的被检测复合材料类型的孔隙率评估模型；建立孔隙率数据库(4); 复合材料孔隙率评估建模方程求解方法为: (1)根据已知孔隙率含量的复合材料试块工艺特点和孔隙率试块级差，确定方程的幂次方η，η 一般不大于已知不同孔隙率含量的复合材料试块个数， (2)求解方程:
2.根据权利要求1所述的超声参数，其特征是，超声检测单元(2)根据所设置的检测参数，通过测量来自超声换能器(I)的检测信号中的界波能量、底波能量、层波能量和传播时间得到超声参数。
3.根据权利要求1所述的复合材料孔隙率评估建模方程求解方法中的不同孔隙率级差的复合材料试块，其特征是，复合材料试块由一组包含不同孔隙率含量的复合材料试块组成，相邻复合材料试块的孔隙率含量级差范围为0.5% — 1.0%，通常不同孔隙率含量的复合材料试块个数取3-10之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声检测的复合材料孔隙率数值评估方法，其特征是，求解得到的复合材料孔隙率评估建模方程和复合材料孔隙率数据库存储在超声检测单元(2)中，检测时，通过选择复合材料孔隙率数据库中的对应材料和工艺类型，实现不同复合材料的孔隙率超声数值评估。
【文档编号】G01N29/04GK103926313SQ201310648141
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】刘松平, 刘菲菲, 郭恩明, 史俊伟, 傅天航 申请人:中航复合材料有限责任公司