CFRP复合材料二维RVM分级优化与孔隙三维形貌重建

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1、硕士学位论文CFRP复合材料二维RVM分级优化与孔隙三维形貌重建OptimizationOf2DRVMForCFRPByGradingAndReconstructionOf3DVoidMorphology作者姓名：塞囱匾学科、专业：挝魁左旦王工猩学号：21005040完成日期：2013一05—05大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个

2、人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：q丝塑垒釜丛蚓浮盔幺逝业丝鲻＆笙《乒弛髟b耋丝琴幺嘲作者签名：獭!乖El期：圣!经年j￡月立0日大连理工大学硕士学位论文摘要超声衰减法是目前碳纤维增强复合材料(CFRP，CarbonFibreReinforcedPlastics)孔隙率无损检测最为常用的方法，已有众多国内外学者针对孔隙的超声散射衰减问题建立了模型，而模型能否对孔隙形貌

3、和分布进行合理地描述是建模的关键，大多数模型都基于弹性各向同性介质理论，假设孔隙形状规则且均匀分布，理论预测与实验结果只在特定频率下符合较好。本课题组根据随机介质理论和统计学原理，将CFRP基体视为具有平均特性的背景介质，将孔隙视为这种背景介质上的微小随机扰动，利用平稳随机过程以及自相关长度、粗糙度因子、扰动标准差等参数加以描述，建立了二维随机孔隙模型(RVM，RandomVoidModel)，与以往模型相比，孔隙形貌模拟结果及超声衰减理论预测结果都比较好，但是目前该模型还存在一些不足：①用该方法针对孔隙尺寸离散度大的样品建立二维RV

4、M时，无法同时兼顾大孔和小孔，会造成大孔信息的丢失；②目前的RVM是二维的，而真实材料是三维的，导致理论结果与实验结果之间存在较大偏差。本文主要包括两方面的内容：CFRP复合材料二维RVM优化和孔隙三维形貌重建。针对孔隙率P=4．08％、孔隙长度三变化范围5-217um、尺寸离散度大的样品，将孔隙分为两级，L<50pm的孔隙定为1级，L>_509m的孔隙定为2级，对各级别孔隙分别建模并叠加，得到样品的随机孔隙模型。建模结果中较大的孔隙和大量微小孔隙都得到了体现，孔隙的尺寸分布与真实情况更为接近。分级建模结果可以更好地对孔隙形貌进行描述

5、，扩大了二维RVM的适用范围。针对单向CFRP层压板，借助超声C扫描选出衰减系数变化范围2．49～4．42dB·mm～、孔隙率变化范围O．88％～3．04％的5个区域，使用金相法对每个区域获得各102层连续切片，，基于连续切片对孔隙的三维形貌进行了重建。观察重建结果发现，孔隙沿着纤维方向的尺寸较大，呈根须状，主要分布在纤维铺层层间界面上，形貌较为复杂，存在分叉现象。其中2号和10号区域的孔隙呈弥散状在区域内大范围分布，这种分布特征会增强超声散射衰减效果。三维随机孔隙建模结果中的孔隙形貌特征与孔隙三维重建结果之间相似性较好。对孔隙形貌进

6、行三维重建能清楚、明了地把握孔隙的真实形貌特征，对指导模型的建立有重要意义j为澄清孔隙对超声波的散射机理以及模拟计算提供了模型基础。关键词：碳纤维增强复合材料；随机孔隙模型；孔隙分级；连续切片；三维重建CFRP复合材料二维RVM分级优化与孔隙三维形貌重建OptimizationOf2DRVMForCFRPByGradingAndReconstructionOf3DVoidMorphologyAbstractUltrasonicattenuationmethodiScommonlyusedtopredictporosityinCarbo

7、nFiberReinforcedPlastics(CFRP)．Models，werebuiltbyscholarsathomeandabroadtoanalyzeultrasonicscatteringattenuationduetovoids．ThekeyofmodelingisweatherthevoidmorphologyanddistributionCanbedescribedreasonably．Mostmodelsarebasedonthetheoryofisotropicmedium，inwhichthevoidmorp

8、hologyanddistributionwereassumedregular．Resultsfromtheorypredictionandexperimentfitwellonlyatspecialfrequency．