CFRP相控阵超声检测原理与技术

本书系统介绍了航空大型CFRP零部件相控阵超声无损检测技术及其在工业检测中的典型应用。前三章介绍了CFRP零部件的无损检测现状，以及相控阵超声检测技术的基本原理和特点。后七章从材料表征与声学建模、声线示踪与缺陷成像、耦合介质与工装组件等方面系统总结了已有研究成果，具体包括：第4、5章分别从有限元建模和最短路径搜索算法两个方面介绍了声传播行为研究的方法及结果，第6～9章分别从曲面阵列超声、表面适应成像、全聚焦成像三方面介绍了缺陷检测方法，并在第 10章给出了应用验证实例。

目录
前言
第1章 CFRP材料及其应用 1
1.1 CFRP材料及其成型方式 1
1.2 CFRP在现代工业中的应用 2
参考文献 4
第2章 CFRP构件无损检测 6
2.1 CFRP构件无损检测的重要性 6
2.2 CFRP构件主要无损检测技术 7
2.3 CFRP构件常规超声检测技术 13
参考文献 15
第3章 相控阵超声检测技术 18
3.1 相控阵超声检测技术的基本原理和特点 18
3.2 相控阵超声的声场 20
3.3 相控阵超声探头 25
3.3.1 线性阵列探头 25
3.3.2 曲面阵列探头 25
3.3.3 柔性阵列探头 26
参考文献 28
第4章 CFRP层合板声学数值模拟 30
4.1 弹性各向异性介质中超声波传播 30
4.2 CFRP层合板声学建模原理 33
4.2.1 CFRP微观组织描述 34
4.2.2 CFRP平板建模 35
4.2.3 L形CFRP层合板建模 37
4.3 CFRP层合板弹性特性声学表征 38
4.3.1 超声背反射法表征原理与系统搭建 38
4.3.2 CFRP单向板声速测量 41
4.3.3 CFRP单向板弹性常数反演 42
4.3.4 不同方向铺层弹性计算 45
4.4 CFRP层合板结构声学建模 46
4.5 CFRP层合板中声传播行为 49
4.5.1 CFRP层合板平板结构中声传播行为 49
4.5.2 CFRP层合板曲面结构中声传播行为 53
参考文献 56
第5章 CFRP层合板声线示踪 58
5.1 声线示踪方法分类及特点 58
5.2 CFRP层合板平板结构声线示踪 61
5.2.1 简单情况下的声线示踪 61
5.2.2 CFRP多向平板声线示踪 63
5.3 CFRP层合板曲面结构声线示踪 67
5.3.1 CFRP多向板曲面结构R区声线示踪 67
5.3.2 CFRP单向板曲面结构R区声线示踪 75
5.4 声线示踪结果与有限元模拟结果比较 77
5.5 声线示踪结果实验验证 81
5.5.1 底面反射法基本原理 81
5.5.2 CFRP多向平板声线示踪结果实验验证 84
5.5.3 CFRP多向板曲面结构声线示踪结果实验验证 84
参考文献 90
第6章 CFRP层合板曲面结构曲面阵列超声检测 93
6.1 曲面阵列探头及其发展 93
6.2 曲面阵列探头声场分析 95
6.3 曲面阵列探头声场优化设计 103
6.4 曲面阵列探头缺陷检测 110
6.4.1 聚焦深度对缺陷检测的影响 110
6.4.2 孔径阵元数对缺陷检测的影响 113
6.4.3 不同深度缺陷检测模拟结果 115
参考文献 116
第7章 CFRP层合板曲面结构表面适应成像检测 119
7.1 表面适应超声检测基本原理 119
7.2 SAUL检测声场分析 123
7.2.1 SAUL检测有限元数值模拟 123
7.2.2 伪缺陷信号及噪声来源分析 125
7.2.3 CFRP构件R区SAUL检测 128
7.3 SAUL检测关键参数分析 130
7.3.1 探头水程的影响 130
7.3.2 阵元指向性的影响 131
7.4 基于接收聚焦的改进SAUL检测方法 135
参考文献 140
第8章 基于有限元模型的CFRP层合板全聚焦成像 142
8.1 CFRP层合板平板结构全聚焦成像 142
8.1.1 CFRP层合板的有限元建模 143
8.1.2 TFM的延时校正 145
8.1.3 利用模拟数据进行TFM成像 146
8.2 CFRP层合板曲面结构全聚焦成像 150
8.2.1 CFRP层合板曲面结构有限元建模 150
8.2.2 CFRP层合板曲面结构声时读取 152
8.2.3 利用模拟数据进行CFRP层合板曲面结构全聚焦成像 153
8.3 缺陷解剖验证 156
参考文献 157
第9章 基于最短路径搜索的全聚焦成像 160
9.1 CFRP层合板平板结构全聚焦成像 160
9.2 CFRP层合板曲面结构全聚焦成像 166
9.3 缺陷解剖验证 171
参考文献 176
第10章 大型CFRP构件PAUT检测 178
10.1 大型CFRP构件超声检测需求与难点 178
10.1.1 检测需求 178
10.1.2 R区超声检测难点及对策 179
10.2 大型CFRP构件曲面结构超声耦合策略 182
10.3 大型航空CFRP构件PAUT检测实例 183
参考文献 187