曲面变厚度复合材料构件孔隙缺陷超声无损检测与评价技术基础研究

随着大型复杂形状复合构件在航空器主承力结构中的广泛应用，准确定量无损评价孔隙缺陷的需求迫切。本项目采用超声衰减测量技术，实现曲面变厚度复合构件孔隙缺陷定性和定量无损评价。首先，通过实验分析曲面变厚度复合材料孔隙形态分布特征，利用复杂形状复合材料超声检测方法和薄板复合材料孔隙率的超声检测建模经验，进行考虑被试件内外几何形状信息、孔隙形态和分布特征信息的复合构件超声传播机理、孔隙缺陷检测建模和仿真研究，通过仿真和对比试验，得到孔隙缺陷定性模式特征信息和基于待定系数法的孔隙缺陷量化经验公式；然后，基于单探头脉冲反射法检测原理，采用时频分析技术，分析超声穿透试件过程中的背散射信号和底波信号；最后，进行试件孔隙缺陷验证实验，利用孔隙检测理论模型、孔隙定性特征信息、孔隙定量经验公式和时频分析技术，实现曲面变厚度复合构件孔隙缺陷在线定性和定量无损评价。本项目的成功实施为大型航空器的制造提供技术支撑。

本项目采用超声衰减测量技术，实现曲面变厚度复合构件孔隙缺陷定性和定量无损评价。1）发展了一套曲面变厚度复合材料试件孔隙缺陷微观实验技术。首先定制了多种形式的曲面变厚度复合材料试块，开展了金相显微法观察复合材料内部孔隙缺陷形态的实验和分析，完成了曲面变厚度复合材料内部孔隙分布特点和规律的总结。2）将超声建模仿真、信号处理和实际标准试块超声检测等多信息融合提高孔隙缺陷检测技术。对于能够采用穿透法检测的曲面变厚度复合材料超声孔隙检测问题，研究了复杂形状复合材料超声穿透过程建模仿真，目的是能够使得超声探头能够沿着入射点的法线方向入射。对于不能够采用穿透法检测的曲面变厚度复合材料超声孔隙检测问题：为了够使得超声探头能够沿着入射点的法线方向入射，研究了复杂形状复合材料超声脉冲反射法检测过程建模仿真；为了研究背散射信号所含的孔隙缺陷信息，详细研究基于脉冲反射的超声检测频域模型和背散射信号的时频分析识别技术。利用所开发的超声检测数据后处理平台软件定性分析厚截面复合材料孔隙缺陷局域分布信息，并进行破坏性实验。研究结果表明能够定性识别曲面变厚度复合材料孔隙缺陷的局域特征信息。3） 利用超声建模和信号处理发展了一种曲面变厚度复合材料构件孔隙缺陷超声检测新方法。从曲面变厚度复合材料构件的内外部几何特征考虑，研究了面向缺陷检测的超声信号噪声来源分析、超声信号时频分析、去噪声技术分析、灵敏度补偿、波形跟踪、自动化检测方法等关键技术，结合多轴超声检测系统进行了工业性的实验研究，为定量孔隙检测提供了技术支撑。本项目的成功实施为大型航空器的制造提供技术支撑。