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高孔隙率石英复合材料超声表征方法研究

张毅萍  
【摘要】:RTM/石英纺织复合材料具有优良的防热、承载、透波等特性,被广泛的应用于航空航天的热防护领域,但其通常具有很高的孔隙含量。目前有关复合材料孔隙率的超声表征法大都集中在孔隙含量低于4%的复合材料,高孔隙复合材料由于其大衰减特性,超声检测难度较大,关于高孔隙复合材料的超声表征法却鲜少被研究报道。针对高孔隙复合材料超声表征不足问题,本文以RTM/石英纺织复合材料为研究对象,在超声时域和频域上对高孔隙复合材料孔隙率展开研究。首先,对时域上超声表征法进行一定改进,如:声速法、声阻抗法、声衰减法,使其能最大程度检测大厚度、高孔隙含量复合材料,并总结了时域上的超声表征法在高孔隙复合材料孔隙率检测中的局限性及原因。其次,用两种频域超声表征方法表征高孔隙率复合材料孔隙含量,对RPR-4000非线性软件系统进行优化,使设备检测过程更方便,检测结果精准性更高。提出频域功率谱超声表征法对比超声非线性表征法,建立了复合材料孔隙含量、超声频域特征参量之间的表征关系,分析了二者对高孔隙复合材料检测的适用性及优越性。接着,利用复合材料孔隙含量、超声频域特征参数之间的表征关系对未知孔隙复合材料的孔隙率进行预测。最后,用多种非超声方法对材料孔隙率进行了测量,包括吸水密度法、金相显微镜法、工业CT法、烧蚀密度法。验证上述超声实验结果及预测结果的可靠性。研究结果表明,孔隙含量较低的情况下,时域各超声参量均能有效表征复合材料孔隙率,当材料厚度达8mm孔隙含量高于15%,时域超声表征方法受限制;频域超声表征法均能有效表征及预测各高孔隙率复合材料孔隙率,检测结果一致,其中频域功率谱表征法检测方法简单、结果稳定性好且灵敏度较高,而超声非线性法,检测准确性相对较高;对于各非超声表征法,孔隙率检测结果一致性好,验证了各超声表征方法实验结果的可靠性,其中以工业法CT检测准确性最高,而烧蚀密度法性价比最好。


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