摘要:为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)的损伤机制并对其制造过程进行质量监控,对 CFRP 的冲击损伤区域进行了高分辨无损检测。 构建了全光式非接触光声显微(AONC-PAM)成像系统,利用自主开发的光学吸收结合背向散射的双对比度成像模式,对 CFRP 在不同冲击能量下的损伤区域进行高分辨率无损检测。 实验结果显示,AONC-PAM 系统的空间分辨率为2. 9±0. 5 μm;双对比度成像策略能以 2 s/ 帧的速率同时获得基于光学吸收和表面散射特性的图像及两者叠加的双对比度图像;AONC-PAM 系统显示了比通用明场显微镜系统更多的成像细节,包括碳纤维分布和其他微观缺陷如纤维断裂、错位、缺束和褶皱,可检测的微观缺陷尺寸达 10~ 20 μm,并实现了损伤区域的精准量化。

摘要:为评估在役管道的屈服强度,本文研究了钢材微观结构对机械性能的影响,以及微观结构对电磁特性的影响,提出了一种基于电磁法的管道屈服强度检测方法,分析了钢材电磁特性对检测线圈阻抗的影响原理,建立仿真模型研究了检测频率对磁通密度及感应电流的影响,通过实验对所提出方法的有效性进行验证,并研究了温度与表面腐蚀对检测方法的影响。 研究结果表明,基于电磁法的屈服强度检测方法对于 Q345 及 Q235 钢材具有良好的检测效果,当检测频率为 10 kHz 时两种钢材的屈服强度均与检测线圈阻抗值具有近似线性的对应关系,皮尔逊相关系数分别为 0. 94 与 0. 87,阻抗值均随屈服强度增大而增大,该方法为管道屈服强度的检测提供了理论依据及实验基础。

摘要:为解决带宽限制导致的太赫兹调频连续波成像纵向分辨率低的问题,提出一种适用于线性调频体制的多频段拼接的方法。 该方法基于参考信号的非线性补偿算法,改进传统宽带时域合成算法,在非线性校正的同时实现各频段信号频率和相位上的连续性,无需再进行频移和相位补偿。 搭建 0. 11~ 0. 75 THz 5 个频段线性调频成像系统进行实验验证,结果表明,该方法显著提高太赫兹成像纵向分辨率,同时提高材料介电常数测试精度,未来可应用于材料测试领域。 此外,设计了表面台阶型样品和多层胶粘的内部缺陷样品进行成像,证明融合信号的图像包含更多的细节,样品的每一层分离得更为明显,高度差仅 0. 2 mm也能清晰地分辨,能够满足高精度无损检测的需求。

摘要:轨道交通在当今社会生产活动中发挥着重要作用。 目前在役钢轨大量采用鱼尾板和螺栓联接的方式铺设。 钢轨接头在服役过程中会频繁受到冲击载荷作用,容易诱发螺孔裂纹损伤。 尽早发现螺孔裂纹,并对裂纹进行定量测量,是保障铁路运输安全,避免发生严重事故的关键。 超声相控阵成像检测方法具有精度高、环境适应性强、实施方便的优点,在钢轨在役无损检测中得到了广泛的应用。 然而,传统相控阵斜入射扇扫成像方法受裂纹倾斜角度的影响,在工业实践中依赖工人的主观判断和分析能力,难以实现检测的定量化与标准化。 基于以上背景,本文提出了一种基于超声平面波全聚焦成像的钢轨螺孔裂纹检测方法。 使用复合平面波成像方法对钢轨内部螺孔及附近区域进行高精度重建,获得裂纹伤损的初步检测图像。 基于编码器信息,将多个扫查点上的初步检测图像融合,得到合成检测图像,从而覆盖不同倾斜角度的裂纹。 基于主成分分析方法,对裂纹倾斜角度进行定量分析,进而借助方向最大强度投影方法,得到裂纹长度的定量检测结果。 所述方法在钢轨螺孔裂纹试件检测试验中实现了对[-45°,45°]范围内裂纹的 100% 检出率;裂纹定位误差最大值为 1. 47 mm,接近 1 个波长;长度检测误差最大值1. 17 mm,小于 1 个波长;裂纹角度检测误差最大 5. 01°。 所述方法需要的设备结构简单,可集成于移动式钢轨巡检设备,具备自动化实施的能力。

摘要:曲面构件因其独特的结构和力学特性,广泛应用于航空航天领域。 然而,未知的曲面形状导致阵列超声检测时,声传播延时计算不准确,影响缺陷检测的精度。 为解决这一问题,提出了一种不依赖声传播延时的适用于曲面构件的阵列超声频域逆时偏移成像方法。 首先,利用阵列超声全聚焦方法对曲面构件表面进行成像;然后,对成像结果进行阈值分割和曲线拟合,重构构件表面形状并建立二维声学特性分布模型;最后,通过频域逆时偏移将来自超声波源的正向传播波场与缺陷反射体的反向传播波场进行互相关成像。 实验结果表明,所提出的方法可以有效实现曲面构件内部缺陷成像,与传统的阵列超声全聚焦方法相比,缺陷的成像质量提升 66% 以上,缺陷定量平均误差降低 37. 04% 以上。

摘要:针对常规超声相控阵在检测高衰减厚壁结构中存在的缺陷特征提取较难和信噪比较低的问题,采用了一种基于改进稀疏表示的超声信号处理方法来解决以上问题。 首先对超声全矩阵捕捉数据进行预处理获得分段信号及其对应的时频参数。 基于分段信号的时频参数,构造出自适应 Gabor 子字典,再利用改进的支持匹配追踪算法对分段信号进行稀疏分解与重构。 与常规正交匹配追踪算法相比,该改进支持匹配追踪算法结合了自适应 Gabor 子字典和 lp 范数(0 < p < 1)。 自适应 Gabor 子字典通过优化字典原子以更好地匹配信号特性,而 lp 范数则提供了一种更灵活的稀疏度测量方式,这使得该算法能够在紧凑的字典上更精确地重构超声信号,提高了重构信号的质量。 最后,对处理后的全矩阵捕捉数据采用常规全聚焦成像算法实现超声成像。 实验结果表明,改进稀疏表示能够准确提取缺陷信号和提高信噪比,提高了高衰减厚壁结构内部缺陷超声图像质量。

摘要:热障涂层太赫兹信号严重混叠导致反射峰辨识困难，降低了厚度测量精度。为此，提出了新型窗函数适配的盲反卷积方法，通过增强窗函数与脉冲特征的相似性，提高反卷积信号的重建精度。首先，基于解析模型探究了热障涂层太赫兹反射峰特征，应用互相关理论与群智能算法构建新型窗函数，提升了其与波形相似性，据此设计有限脉冲响应（FIR）滤波器消除信号混叠。然后，提取前3次回波获取飞行时间与折射率计算得到陶瓷层厚度，利用Kirchhoff近似表征陶瓷层表面粗糙度影响，修正折射率，降低了测厚误差。最后，通过实验验证了方法的有效性。结果表明，相较于频域小波反卷积和最大相关峰度反卷积，本文方法折射率测量精度分别提升76.32%、83.51%，厚度测量精度分别提升76.20%、89.67%。

摘要:钢轨表面及上表面产生的滚动接触疲劳裂纹通常以斜裂纹或多角度复杂裂纹的形态存在,对其检测和评估是个难题。基于此,采用基于无线能量传输的涡流检测方法(WPT-ECT),设计新的探头结构并结合神经网络算法对裂纹进行检测和评估。首先,有别于现有 WPT-ECT 方法,采用增大激励频率,而非串并联电容的方式,构造谐振电路;其次,根据复杂裂纹的特点,设计由两个八字形激励线圈和两个矩形接收线圈组成的方向性探头结构;最后,充分提取检测信号的特征,并运用径向基神经网络算法对裂纹进行识别。 仿真和实验结果表明,所提出的探头结构对任何角度的缺陷均敏感。 同时,RBF 算法对斜裂纹、T 裂纹、Y 裂纹和 1. 2 mm 提离下的 T 裂纹的识别准确率分别为 92. 00% 、 95. 27% 、96. 64% 和 89. 50% 。

摘要:热障涂层微观结构、粗糙度不均匀和厚度小幅变化对太赫兹波影响高度混叠，降低了测厚精度。为此，提出了异常主导损失函数驱动的残差跨域网络测厚方法，减少检测离群值。首先，构建了太赫兹信号解析模型，探究出飞行时间与折射率分别可由时域与频域数据求解，设计了快速傅里叶变化层映射出频域特征，基于门控循环网络层感知时域信号变化，依据测厚机理，提出以除法层连接，形成了残差跨域网络结构。然后，由于粗糙度与微观结构变化对太赫兹信号峰值影响混叠，创新构建了异常主导损失函数，增大离群值权重，使网络聚焦于修正测厚离群值。最后，制备了热障涂层样品，开展了太赫兹实验，结果表明，所提出方法最大测厚相对误差小于2.5%。

摘要:热障涂层微观结构、粗糙度不均匀和厚度小幅变化对太赫兹波影响高度混叠,降低了测厚精度。 为此,提出了异常主导损失函数驱动的残差跨域网络测厚方法,减少检测离群值。 首先,构建了太赫兹信号解析模型,探究出飞行时间与折射率分别可由时域与频域数据求解,设计了快速傅里叶变化层映射出频域特征,基于门控循环网络层感知时域信号变化,依据测厚机理,提出以除法层连接,形成了残差跨域网络结构。 然后,由于粗糙度与微观结构变化对太赫兹信号峰值影响混叠,创新构建了异常主导损失函数,增大离群值权重,使网络聚焦于修正测厚离群值。 最后,制备了热障涂层样品,开展了太赫兹实验,结果表明,所提出方法最大测厚相对误差小于 2. 5% 。