[發明專利]一種碳纖維增強復合材料無損檢測方法及系統

在審

• 申請號: 202010640289.9
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111650250A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 蔡娜;梁偉杰;王正軍;黃文斌;李萬領;張連武;張東;趙曄
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍32181部隊
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G06N3/04;G06T3/40
• 代理公司: 石家莊輕拓知識產權代理事務所(普通合伙) 13128
• 代理人: 郭明月

本發明公開了一種碳纖維增強復合材料無損檢測方法及系統，包括：在碳纖維增強復合材料樣品兩端裝配激勵電極；將兩個所述激勵電極連接交變電流源；在一定高度處測量通有交變電流時所述樣品表面的電勢分布，獲得交流電勢梯度數據；將所述交流電勢梯度數據放入圖像高分辨率重建神經網絡模型得到電勢分布圖像。本發明在電流信號的激勵下，電導率的改變表現為表面電勢梯度的突變，利用電勢傳感器測試表面電勢，分析電勢分布特征可實現缺陷的定量檢測。

技術領域

本發明涉及一種檢測技術，尤其涉及一種碳纖維增強復合材料無損檢測方法及系統。

背景技術

碳纖維增強復合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)是以碳纖維作為增強材料，樹脂作為基體，經過纏繞、模壓或拉擠等成型工藝制成的復合材料，具備質輕、高強高模、抗疲勞、耐腐蝕、易加工成型等特點，被廣泛應用于航空航天、國防軍工、軌道交通、能源工業等領域，無論在軍用還是民用領域都發揮了重大作用，深刻影響著國家安全、社會經濟、科技和人類的生活，已成為世界各國發展高新技術、國防尖端武器裝備等戰略性產業不可或缺的關鍵材料。然而，由于制造工藝、工作環境和載荷沖擊等諸多不確定因素的影響，材料的表面或內部會產生多種類型的缺陷或損傷，例如孔隙、貧富膠、外物夾雜、基體裂紋、纖維斷裂和脫粘分層等。這直接影響了CFRP的性能指標，威脅著其結構件的可靠性與安全性，甚至可能導致災難性的后果。

基于常規無損檢測技術，國內外學者對CFRP缺陷的檢測方法開展了廣泛研究。但是，由于CFRP具有不導磁、電導率低且各向異性、表面附著絕緣層等特性，常規技術都表現出一定的局限性。例如，渦流檢測技術在CFRP內部感應產生的渦電流微弱，使得缺陷處的磁場擾動信號更加難以拾取。超聲檢測技術需要根據對象尺寸更換探頭，使用耦合劑增加超聲波的傳遞效率，不利于大型結構件檢測。射線檢測技術對原子序數較低的碳元素的成像對比度不高，設備復雜且有輻射污染，檢測效率低。紅外熱成像檢測技術容易受環境溫度的影響，難以在高溫環境下對CFRP結構件進行現場檢測。電阻抗檢測技術受CFRP電導率各向異性的制約，檢測結果的空間分辨率較低。

發明內容

本發明為了解決以上問題，提供了一種碳纖維增強復合材料無損檢測方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種碳纖維增強復合材料無損檢測方法，包括以下步驟：

在碳纖維增強復合材料樣品兩端裝配激勵電極；

將兩個所述激勵電極連接交變電流源；

在一定高度處測量通有交變電流時所述樣品表面的電勢分布，獲得交流電勢梯度數據；

將所述交流電勢梯度數據放入圖像高分辨率重建神經網絡模型得到電勢分布圖像。

作為限定：在碳纖維增強復合材料樣品兩端裝配激勵電極步驟之后，還包括：在一定高度處測量所述樣品表面靜電平衡時靜電場的電勢分布，獲得直流電勢梯度數據；

在一定高度處測量通有交變電流時所述樣品表面的電勢分布，獲得交流電勢梯度數據步驟之后，還包括：將所述交流電勢梯度數據與所述直流電勢梯度數據做減法運算，然后將運算后的數據放入圖像高分辨率重建神經網絡得到電勢分布圖像。

作為限定：其中獲得所述樣品靜電平衡包括：在一個所述激勵電極側加載直流電壓，使得所述樣品表面成為等勢面。

作為限定：其中獲得所述電勢梯度數據和所述參考電勢梯度數據包括使用非接觸式靜電電勢傳感器對所述樣品進行測量。

作為限定：其中所述非接觸式靜電電勢傳感器包括若干個并形成傳感器陣列。