發(fā)布時(shí)間：2019-06-21 01:16

【摘要】：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料,是一種常見的高強(qiáng)度、輕質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)復(fù)合材料,常用于環(huán)境要求較高的航空航天領(lǐng)域、橋梁結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)件、新能源汽車車身部件、有高強(qiáng)度需求的體育器材等。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的大量應(yīng)用給無損檢測技術(shù)和無損評估帶來了新挑戰(zhàn),本文旨在評估鎖相渦流熱成像技術(shù)對各種復(fù)雜程度的碳纖維增強(qiáng)塑料的檢測效果。本研究過程按照被檢測材料的復(fù)雜程度度,分為三個(gè)階段。第一,針對厚度約1毫米的單向非編織的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料,順纖維方向上的導(dǎo)電導(dǎo)熱特性更高,屬于各向異性材料。使用矩形線圈進(jìn)行渦流熱成像檢測,實(shí)驗(yàn)觀察到在矩形線圈彎角處的材料被加熱區(qū)域內(nèi),存在沿碳纖維走向的明顯長條低溫區(qū)域,并將該區(qū)域?yàn)榧訜崦�區(qū),通過加做試塊旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)和改變感應(yīng)線圈的夾持模式,嘗試圓形、盤餅形和亥姆霍茲線圈分別重復(fù)上述實(shí)驗(yàn),否定了特定線圈-材料幾何位置的原因,排除了線圈幾何形狀的影響。有限元仿真結(jié)果排除了材料本身存在缺陷的可能。第二,在評估了最簡碳纖維材料之后,需要明確該技術(shù)對真實(shí)使用的材料,即對更為復(fù)雜的材料的檢測能力,對雙向六層纖維壓合板進(jìn)行熱成像加測,結(jié)果表明相位圖能夠清晰地展現(xiàn)多層材料的纖維紋理,并通過擬合幅值信號與調(diào)制頻率的關(guān)系,確定了該材料的渦流加熱屬于體加熱方式。第三,進(jìn)行了多層編織碳纖維材料的沖擊損傷渦流熱成像檢測實(shí)驗(yàn),并對比LED陣列光學(xué)熱成像與三維計(jì)算機(jī)輔助斷層掃描的檢測效果,發(fā)現(xiàn)當(dāng)沖擊能量超過3 J時(shí),渦流熱成像的損傷檢測效果優(yōu)于LED光學(xué)熱成像。除對以上三種不同復(fù)雜程度材料的實(shí)驗(yàn)評估,材料內(nèi)部渦流分布的數(shù)值仿真結(jié)果可表明:垂向于纖維走向的渦流分量只有順纖維走向渦流分量的百分之一,卻是決定加熱效果的首要因素。至此,各向異性碳纖維材料的加熱特性得以部分確定。該研究評估了渦流熱成像在不同復(fù)雜等級的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料上的檢測效果。明確了單向纖維的感應(yīng)可加熱性,且加熱盲區(qū)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及解讀也填補(bǔ)了以往單向碳纖維渦流加熱效果研究的空白,研究還分析了渦流熱成像對沖擊損傷的檢測有效性,為這種材料的無損檢測提供了新的解決思路。
[Abstract]:Carbon fiber reinforced composite plastic is a common high strength, light quality composite material, which is often used in aerospace field with high environmental requirements, reinforcement of bridge structure, body parts of new energy vehicle, sports equipment with high strength demand and so on. The extensive application of carbon fiber reinforced composites has brought new challenges to nondestructive testing technology and nondestructive evaluation. The purpose of this paper is to evaluate the testing effect of phase-locked vortex thermal imaging technology on carbon fiber reinforced plastics with various complexity. According to the complexity of the tested materials, the process of this study is divided into three stages. First, for unidirectional non-braided carbon fiber reinforced composite plastics with thickness of about 1 mm, the conductive and thermal conductivity in the direction of fiber is higher, so it belongs to anisotropy material. Using rectangular coil to detect vortex thermal imaging, it is observed that there is an obvious long strip low temperature region along the direction of carbon fiber in the heating area of the material at the bending angle of the rectangular coil, and the area is regarded as the heating blind zone. By adding the test block rotation experiment and changing the clamping mode of the induction coil, the above experiments are repeated by circular, disk cake shape and Helmholtz coils, respectively. The reason of specific coil-material geometric position is denied, and the influence of coil geometry is excluded. The finite element simulation results rule out the possibility of defects in the material itself. Secondly, after evaluating the simplest carbon fiber material, it is necessary to clarify the detection ability of the technology to the more complex material, and to add thermal imaging to the bidirectional six-layer fiber compression plywood. The results show that the phase diagram can clearly show the fiber texture of the multi-layer material, and the Eddy current heating of the material belongs to the bulk heating mode by fitting the relationship between the amplitude signal and the modulation frequency. Thirdly, the experiment of vortex thermal imaging for impact damage of multi-layer braided carbon fiber materials is carried out, and the results of LED array optical thermal imaging and 3D computer aided tomography are compared. it is found that when the impact energy exceeds 3 J, the damage detection effect of vortex thermal imaging is better than that of LED optical thermal imaging. In addition to the experimental evaluation of the above three kinds of materials with different complexity, the numerical simulation results of the vortex distribution in the material show that the vortex component in the vertical direction of the fiber is only 1% of that in the direction of the fiber, but it is the first factor to determine the heating effect. At this point, the heating characteristics of anisotropic carbon fiber materials can be partially determined. In this study, the detection effect of swirl thermal imaging on carbon fiber reinforced composite plastics with different complex grades was evaluated. The induction heatability of unidirectional fiber is clarified, and the discovery and interpretation of heating blind zone phenomenon also fill in the blank of the previous study on the effect of unidirectional carbon fiber vortex heating. The study also analyzes the effectiveness of vortex thermal imaging in the detection of impact damage, which provides a new solution for the nondestructive testing of this kind of material.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ327.3

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6 陶Z，

本文編號：2503674