30度角，沿缺陷長度方向進(jìn)行 機(jī)械掃查。楔塊材料為Rexolite，縱波聲速為2360m/s，厚度為23mm。親合介質(zhì)為水，縱波 聲速為1480m/s。
[0037] 建立各向同性模型：根據(jù)（1)中測得的密度和縱波聲速設(shè)置各向同性模型中材料 的密度和縱波聲速，模型示意如圖2。
[0038] 建立各向異性模型：為進(jìn)行后續(xù)的延遲法則優(yōu)化，考慮不同鋪層纖維鋪向的影響， 根據(jù)⑴中測得的CFRP材料彈性剛度矩陣、鋪層厚度和鋪向角設(shè)置模型的彈性剛度矩陣、 鋪層厚度和鋪向角，模型示意如圖3。
[0039] 在上述各向同性模型和各向異性模型中設(shè)置長IOmm的水平裂紋型缺陷作為后續(xù) 檢測對象，距試樣底面1mm。
[0040] (3)計(jì)算延遲法則
[0041] 利用（2)中各向同性模型計(jì)算延遲法則。延遲法則計(jì)算公式為：
[0043] 其中η為陣元序號，tn為第η個(gè)陣元所激勵的聲波傳播至聚焦位置時(shí)所用的時(shí)間， A tn為第η個(gè)陣元的延遲時(shí)間，d η。和d η1分別為第η個(gè)陣元所激勵的聲波傳播至聚焦位置 時(shí)在耦合介質(zhì)和試樣內(nèi)的傳播距離，％為有機(jī)玻璃楔塊內(nèi)的縱波聲速，^為（1)中測得的 縱波聲速。對應(yīng)的CFRP試樣中的聲壓分布圖如圖4所示，預(yù)設(shè)焦點(diǎn)位置（深14mm)處聲壓 幅值為-2. 9dB，最大聲壓處對應(yīng)深度為2. 4mm，與預(yù)設(shè)焦點(diǎn)在深度方向上相差11. 6mm。對應(yīng) 的缺陷檢測B掃描如圖5所示，缺陷深度計(jì)算結(jié)果為12. 3_。計(jì)算得到延遲法則如圖6所 不。
[0044] (4)優(yōu)化延遲法則
[0045] 根據(jù)（2)中的各向異性模型優(yōu)化延遲法則，優(yōu)化法則計(jì)算公式為：
[0047] 此處公式中m為（1)中統(tǒng)計(jì)的鋪層數(shù)目，為120層，dni為第η個(gè)陣元所激勵的聲 波傳播至聚焦位置時(shí)在第i個(gè)鋪層的傳播距離，ν ηι( Θ J為由（1)中測得的彈性剛度矩陣計(jì) 算得到的第i個(gè)鋪層內(nèi)S1方向上的縱波聲速，Θ i為第i個(gè)鋪層內(nèi)聲傳播路徑與垂直鋪層 方向的夾角。計(jì)算得到延遲法則如圖6所示。該延遲法則下，CFRP試樣中的聲壓分布圖如 圖7所示，預(yù)設(shè)焦點(diǎn)位置（14mm)處聲壓幅值為-I. 2dB，最大聲壓處對應(yīng)深度為8. 9mm，與預(yù) 設(shè)焦點(diǎn)在深度方向上相差5. 1_。對應(yīng)的缺陷檢測B掃描如圖8所示，缺陷深度計(jì)算結(jié)果為 13. 9mm〇
[0048] 對比圖4和圖7可知，利用各向異性模型計(jì)算得到的晶片延遲法則使預(yù)設(shè)焦點(diǎn)位 置的聲壓幅值提高了 I. 7dB，聲場分布得到明顯改善，聲束更有效地聚焦于預(yù)設(shè)焦點(diǎn)位置； 對比圖5和圖8可知，晶片延遲法則優(yōu)化后缺陷深度定量誤差減小I. 6mm。根據(jù)圖6中修正 結(jié)果，可以直接為實(shí)際檢測過程中延遲法則優(yōu)化、提高缺陷定量定位精度提供參考和依據(jù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料相控陣超聲檢測晶片延遲法則優(yōu)化方法，其特征是： 基于測試試樣的材料特性建立超聲檢測模型，對計(jì)算晶片延遲法則進(jìn)行優(yōu)化，它包括以下 幾個(gè)步驟： (1) 測量試樣的材料屬性 針對層板狀纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料試樣，利用阿基米德法測量其密度，利用直接接 觸法、使用脈沖反射技術(shù)測量垂直試樣表面的縱波聲速，利用自參考體波法測量與上述試 樣材料工藝相同且鋪向角均為O度角的單向帶的彈性剛度矩陣，對層板狀纖維增強(qiáng)樹脂基 復(fù)合材料試樣進(jìn)行解剖、打磨、拋光，通過金相顯微鏡觀察試樣不同鋪層的微觀組織、纖維 取向特征，測量鋪層厚度，統(tǒng)計(jì)鋪層數(shù)目及鋪向角排布規(guī)律； (2) 建立超聲檢測模型 根據(jù)層板狀纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料試樣尺寸，在CIVA軟件中建立對應(yīng)模型； 根據(jù)檢測所用相控陣超聲線性陣列探頭規(guī)格參數(shù)和實(shí)際檢測參數(shù)，探頭規(guī)格參數(shù)包括 探頭晶片數(shù)量、晶片間距、始發(fā)信號的主頻、頻帶寬度和相位，實(shí)際檢測參數(shù)包括掃查方式、 孔徑大小和聚焦深度，在CIVA軟件進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置； 由于實(shí)際相控陣超聲檢測中均將材料視為各向同性，所以首先建立各向同性模型，根 據(jù)測得的密度和縱波聲速設(shè)置材料參數(shù)； 為進(jìn)行后續(xù)的延遲法則優(yōu)化，考慮不同鋪層纖維鋪向的影響，建立各向異性模型，首先 將〇度角取向纖維、樹脂多相等效處理為單一相，并賦予相應(yīng)的彈性剛度矩陣，其他鋪層按 (1)中觀察的鋪向角排布規(guī)律設(shè)置鋪層旋轉(zhuǎn)角度； (3) 計(jì)算延遲法則 利用（2)中各向同性模型計(jì)算延遲法則，延遲法則計(jì)算公式為其中n為陣元序號，tn為第n個(gè)陣元所激勵的聲波傳播至聚焦位置時(shí)所用的時(shí)間，Atn 為第n個(gè)陣元的延遲時(shí)間，dn。和dnl分別為第n個(gè)陣元所激勵的聲波傳播至聚焦位置時(shí)在 耦合介質(zhì)和試樣內(nèi)的傳播距離，％為超聲在耦合層內(nèi)的縱波聲速，^為（1)中測得的縱波 聲速； (4) 優(yōu)化延遲法則 根據(jù)（2)中各向異性模型優(yōu)化延遲法則，優(yōu)化延遲法則的計(jì)算公式為此處公式中m為（1)中統(tǒng)計(jì)的鋪層數(shù)目，dni為第n個(gè)陣元所激勵的聲波傳播至聚焦位 置時(shí)在第i個(gè)鋪層的傳播距離，vni( 0J為由（1)中測得的彈性剛度矩陣計(jì)算得到的第i個(gè) 鋪層內(nèi)Q1方向上的縱波聲速，9 ,為第i個(gè)鋪層內(nèi)聲傳播路徑與垂直鋪層方向的夾角。
【專利摘要】一種纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料相控陣超聲檢測晶片延遲法則優(yōu)化方法，屬于超聲檢測技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟：測量試樣的密度、縱波聲速和彈性剛度矩陣；分別建立材料為各向同性和考慮纖維鋪排方向的各向異性超聲檢測模型；利用各向同性模型計(jì)算相控陣超聲檢測晶片延時(shí)，獲得實(shí)際檢測所用晶片延遲法則；基于各向異性模型計(jì)算對應(yīng)的晶片延時(shí)，實(shí)現(xiàn)對上述晶片延遲法則的優(yōu)化。本方法在聲學(xué)建?；A(chǔ)上提出了纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料相控陣超聲檢測晶片延遲法則優(yōu)化方法，考慮了材料各向異性對聲傳播的影響，提高了聲束聚焦效果，為研究纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中聲傳播規(guī)律、改進(jìn)檢測工藝、提高缺陷檢測能力提供支持。
【IPC分類】G01N29/06
【公開號】CN105044213
【申請?zhí)枴緾N201510386212
【發(fā)明人】羅忠兵, 林莉, 周伯堃, 曹歡慶, 蘇慧敏, 金士杰
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月28日