基于平面电容成像的热防护复合材料粘接缺陷检测与表征

《基于平面电容成像的热防护复合材料粘接缺陷检测与表征》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、.博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目基于平面电容成像的热防护复合材料粘接缺陷检测与表征作者姓名温银堂学科专业控制科学与工程指导教师王洪瑞教授2017年12月中图分类号：TP274学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学博士学位论文基于平面电容成像的热防护复合材料粘接缺陷检测与表征博士研究生：温银堂导师：王洪瑞教授副导师：罗小元教授申请学位：工学博士学科专业：控制科学与工程所属学院：电气工程学院答辩日期：2017年12月授予学位单位：燕山大学ADissertationinControlScienceandEngineeri

2、ngDETECTIONANDCHARACTERIZATIONOFADHESIVEDEFECTFORTHERMALPRETECTIONCOMPOSITEBASEDONCOPLANARELECTRICALCAPACITANCEIMAGINGbyWenYintangSupervisor:ProfessorWangHongruiProfessorLuoXiaoyuanYanshanUniversityDecember,2017燕山大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《基于平面电容成像的热防护复合材料粘接缺陷检测与表征》，是本人在导师指导下

3、，在燕山大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学博士学位论文使用授权书《基于平面电容成像的热防护复合材料粘接缺陷检测与表征》系本人在燕山大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允

4、许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要高超声速飞行器是当今各航空航天大国竞相开展研究的前沿热点，存在超高温、局部瞬时加热等极端环境的服役特征，其热防护问题对飞行器的安全起着至关重要的作用。如果先进的热防护结构在飞行器基体上的粘接质量不高，极易造成飞行过程中热防护结构破坏，产生严重后果。因此检测热防护结构胶接层的缺陷/损伤、评估粘接质量具有至关重要的作用

5、，是保障航天器安全稳定飞行的有利保证。关于热防护系统用复合材料粘接缺陷的检测，目前尚无完善的检测标准与评价体系。考虑热防护结构的先进性、高可靠性和长寿命的要求，本文基于平面阵列电容成像传感机理，以高超声速飞行器热防护用复合材料结构为研究对象，重点开展了该结构与基体间粘接缺陷的成像检测与表征技术的研究。(1)针对热防护结构胶接层处于飞行器基体和热防护材料之间测量空间受限的问题，本文提出一种可从单平面接近被测胶接层、非接触测量粘接缺陷的可视化方法。基于平面阵列电极的电容敏感机理来反映缺陷的信息，通过图像重建获取被测物场的介电常数分布情况，实现热防护复合材料粘接缺

6、陷的成像检测。(2)针对一种新型多功能多孔陶瓷基纤维轻质复合材料(当前工程应用最先进的隔热瓦)，基于能谱与核磁共振成像等方法，对其微观结构特性和力学特性进行表征分析。以隔热瓦和胶接层为测量物场，理论分析平面阵列电极对物场介电常数的敏感特性，建立阵列电极的电容量变化和缺陷特征之间的关联。仿真研究3×4阵列电极传感器的优化设计方法，提出了性能优化加权函数。通过有限元仿真计算边缘电场对测量物场的灵敏度矩阵并分析其分布特性。研究结果验证了所提阵列电极传感器对微小缺陷的敏感能力，相应缺陷最小直径为1mm。(3)为建立平面阵列电极介电常数分布和图像灰度之间的关联，研究平

7、面阵列电极电容成像算法，实现被测缺陷的量化表征。针对平面阵列电容成像技术中单介质绝对空场、满场设定方法导致成像分辨率低的问题，提出一种以多种介质组合相对设定空场、满场的方法。为提升图像重建质量，提出一种改进初值的Landweber迭代重建算法，以解决迭代初值偏差的问题；为有效抑制电容测量数据噪声，利用Kalman滤波算法对测量数据进行降噪处理，提高重建图像的清晰度；采用一种改进粒子群的重建算法，解决迭代类成像算法依赖初始迭代值的问题。利用平面3×4阵-I-燕山大学工学博士学位论文列电极的电容成像系统，对胶接层缺陷检测进行了验证实验研究。实验结果表明本文所提图

8、像重建算法可对胶接层缺陷进行有效成像，可辨识的孔洞缺