应用超声导波无损检测有缺陷的碳纤维杆多分层

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1、H用超声导波无损检测有缺陷的碳纤维杆多分层1•简介新型结构在航空航天工业，如光一重量纵梁增援的滑翔机，飞机，和在运输部门的船，游艇和汽车采用碳纤维增强蜩料(布)棒。每根杆由一群碳纤维层数直径接近几微米，整体圆柱状或粘在一起方形杆结构。典型的直径的圆弧型杆是3毫米，横向尺寸的方形杆3毫米3毫米。此外，这些小的横向尺寸棒粘到环氧树脂填充矩阵构建任意品右简介。这样的结构可用于悬挂单位和公路桥梁怎么样。最常见的材料结构像梁和工字梁是石墨sm315复合。这种材料是六倍以上比铝，两次严厉和近-半的重量［1,

2、2］。该石墨是一个非常特殊的材料曲于其性能，如轻，弹性，强度和耐腐蚀的。横截面的滑翔机大梁，这是加强使用粘碳纤维布循环型杆一起，呈现在图1(a)。述，由于质量差或缺乏Z间的环氧树脂胶邻近的纤维，多分层式的缺陷发生。因此，无粘结地区的碳纤维棒是很敏感的机械负载，外部势力和变形。其他类型的缺陷可能是纤维断裂，减少密度，因此，刚度和整体结构的安全问题钢筋使用这种棒的质量取决于单杆。适当的无损检测技术用于碳纤维棒应适用之前它们粘合在一起，作为修复程序的最后组装结构是非常复杂的。无缺陷和有缺陷的碳循环的照

3、片一形杆多分层以检查在图。1(b)和(c)o最理想的检测技术原理，使检查相对长圆柱形元件(长度接近10米或以上)，是一个长距离超声技术的基础上利用低频导波。这种波可能远距离传播和管状结构，平面用于管道检测。的原理和优点，引导应用检查管道或管状结构由考利等人。［3,4］,洛等人。［5］和裴等人。［6］。本工作的目的是研究与发展无损检测技术，它是基于应用超声波导波和用于检测多分层加固杆被用于航天应用。图1。碳纤维棒粘在一起的环氧填充矩阵：（a）断而的滑翔机制成的碳纤维杆纵梁循环型粘合为基质，（b）无

4、缺陷的碳纤维杆和（c）有缺陷的碳纤维杆多分层。2.导波在各向异性介质中传播规律波导2・1适当的波模式选择的半解析有限元方法多模式导波特性要求选择适当的必要方式，条件和参数激发和接收，这是直接关系到调查对象-碳纤维杆。这一部分的口的是选择的分析计算技术的传播模式的导波在一个适当的碳纤维复合材料筒。分析研究谐波导波传播无限的空心圆筒已由加齐斯和zcmmanck几十年前［7,8,9］□选择的一种方法一私人模式导波管的研究，利用一三维结构的解析解指由赵和加里［10］o光谱方法己推广实施的卡普芬格等人。［

5、11］计算对轴对称传播模式在一个圆柱形气缸。木数值例子的固体和流体管的形式给出了色散曲线和粒子取代一发展概况［11］。增强的谱冇限元公式一在计算的时间-瞬态响应圆柱波导，考虑到影响导波衰减是由marzani［12］。一种数值方法基于混合有限元和有限元技术研究引导弹性波传播的圆柱管局部不均匀性是由周等人。［13］o本轴对称和非轴对称波的反射，透射一锡安和散射问题分析［13］o数值模拟导波传播的管状结构利用半解析有限元法分析mazuch［14］。铁基的数值算法计算波传播的弹性波导任意截面，各向异性结

6、构是由damljanovic和weaver］15］。姆和罗斯［16］使用半有限元分析计算技术相速度和衰减频散曲线，包括轴对称弯曲模式在空心圆柱粘弹性涂料。半解析有限元方法用于分析的粘弹性波的传播轴对称波导。［17］。半解析有限元模型提出的林使用分层的元素，这是离散的厚度方向，因此该方法需要较短的计算时间和计算记忆［18］。表达分布在纵向当使用止交函数允许减少一个方面的各种棒状结构，包括板管道材料性能和几何常数结构在纵向方向［19］。因此，以确定英屮的导波模式在碳纤维杆,该模型进行了使用半解析有限

7、元方法-［1621］。声性能的碳纤维材料(碳纤维和环氧树脂)用于该模型已定义的矩阵弹性系数和，当然，各向异性已帐户。弹性系数在模拟已如下：El=142GPa,E2=10.3GPa,vl2=0.27,v23=0.48,G12=7.2GPa［22］.长度的碳纤维杆已假定是无限的和周围介质已假定是真空。得到的色散曲线的主要内容。一、教育模式在碳纤维杆直径3毫米的圆弧型图2所示。因为它可以看到在频率范围可达0.5兆赫，有三个最低阶传播模式导波：弯曲的(1,1)模式，扭转吨(0,1)和基木纵我(0,1)模

8、。计算方式形状示于图3。一些技术应用兰姆波接触检查的复合材料层板分层式缺陷由富山和takatsubo提出［23］。本首先是基于到达时间的测量來评估大小分层。二、措施的最大振幅的最早的波包在一条线上，包括最长的分层,找到其优势。减少振幅己观察到的位置分层和低幅度一直保持甚至超出观察到的位置［23］o图2.相速度的导波模式的传播在一•个圆弧型碳纤维棒(直径3毫米)，计算的半解析有限元方法：1-flexuralF(1,1),2-torsionalT(0,1)和3-longitudinalL(0,1)。