【摘 要】
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复合材料在石油石化、交通运输等各个领域应用日益广泛,业界对用于保证复合材料在生产和使用过程安全的无损检测检测方法需求日趋提高。本文针对上述问题,研究电容成像无损检测技术应用于复合材料进行缺陷/结构检测时的关键问题。首先,基于电容成像无损检测技术原理,从理论上对电容成像用于检测复合材料的原理进行研究分析,提出了复合材料电容成像检测的三种理论模型。其次,在仿真中建立了电容成像检测复合材料的有限元模型,
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复合材料在石油石化、交通运输等各个领域应用日益广泛,业界对用于保证复合材料在生产和使用过程安全的无损检测检测方法需求日趋提高。本文针对上述问题,研究电容成像无损检测技术应用于复合材料进行缺陷/结构检测时的关键问题。首先,基于电容成像无损检测技术原理,从理论上对电容成像用于检测复合材料的原理进行研究分析,提出了复合材料电容成像检测的三种理论模型。其次,在仿真中建立了电容成像检测复合材料的有限元模型,并根据复合材料检测需求,进行了电容成像检测复合材料的传感器设计与优化。最后,基于理论和仿真检测研究,根据不同检测需求,搭建了电容成像检测复合材料平台,进行了试验检测。试验结果表明电容成像可以应用于复合材料缺陷/结构检测。论文主要从以下四个方面进行了具体研究:(1)复合材料电容成像技术检测理论研究介绍了电容成像基础理论,和灵敏度分布理论,并基于电容成像技术无损检测原理和复合材料的介电特性,将复合材料分为三种类型,包括非导体复合材料,导体复合材料和混合结构复合材料,从而提出了三种电容成像检测复合材料缺陷/结构模式,为后续的电容成像检测复合材料提供理论基础。(2)复合材料电容成像检测传感器参数设计及性能研究介绍了电容成像传感器的边缘电场理论,灵敏度理论和计算电容理论等理论模型。根据电容传感设计理论,在COMSOL MULTIPHYSICS中建立了不同的电容传感器参数化模型。研究了电容传感器优化参数和性能指标变化之间关系,并根据复合材料检测需求,设计了两种复合材料缺陷检测传感器和一种复合材料微观变化检测传感器。(3)复合材料电容成像检测缺陷/结构仿真研究根据复合材料缺陷/结构检测需求、电容成像检测原理和传感器设计,在COMSOL Multiphysics中建立了电容成像检测复合材料缺陷/结构仿真模型。利用仿真模型对传感器进行继续优化设计,对于复合材料常规缺陷进行检测研究和规律分析,研究结果表明电容成像可以对蜂窝复合材料和复合材料抽油杆这两种典型复合材料进行常规缺陷检测,并对复合材料抽油杆进行了结构检测反演,发现电容成像技术可以成功检测出复合材料抽油杆的内部结构。(4)电容成像检测复合材料试验检测研究根据上述传感器设计和电容成像检测复合材料缺陷仿真研究,进行了电容成像检测复合材料缺陷检测试验。具体包括传感器设计制作,典型缺陷复合材料样板制作和适用于传感器性能的软硬件电容检测系统搭建。通过电容成像检测复合材料缺陷/结构试验发现,电容成像技术在试验中可以检测出蜂窝复合材料常规缺陷,复合材料抽油杆缺陷及结构,并可以在一定程度上反映出玻璃钢材料老化缺陷,因此,电容成像无损检测技术适用于复合材料缺陷/结构检测,可以实现复合材料完整性检测。
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