Page 49 - 2023中国无损检测年度报告

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盖的蜂窝芯的拓扑图，如图 4 所示。并且，进行
了冲击损伤检测，对于冲击能量对 C 扫描图像的
影响进行了量化分析。当冲击能量增大时，损伤
区域图像变得模糊，涡流响应的最小值单调减小，
而 C 扫描图像上呈现的损伤面积并不随着冲击能
量的增大而扩大。

图 4 CFRP/ 铝蜂窝夹层结构涡流检测
2.2 基于区域分解的 CFRP/ 铝蜂窝夹层结构涡流
检测有限元分析

有限元分析是开展 CFRP 面板铝蜂窝夹层结
图 3 多点压力测量的 SAP 增强离子层压阻传感网络 构涡流检测研究的重要一环。对于这一特殊的复

2 无损检测研究 杂被检结构，传统的有限元分析方法存在网格剖
分复杂，改变探头位置需重新剖分网格的问题，
团队在蜂窝夹层结构涡流检测及其数值
并且代数方程组求解困难，因此夹层结构涡流检
模拟、焊缝特征结构及复合材料非线性超声 测的有限元分析具有一定的挑战性。团队提出采
检测、射线 CT 探测器校准和 X 射线吸收光
用区域分解有限元法来解决这些问题，即将夹层
谱法应用等方面开展深入研究。研究成果在 结构的 CFRP 上面板、铝蜂窝芯、CFRP 下面板
Nondestructive Testing and Evaluation、
和线圈的磁芯放置在不同的子域中，各个子域独
Journal of Nondestructive Evaluation、Journal 立剖分网格。线圈不参与网格剖分，其产生的磁
of Sound and Vibration、Wave Motion、
场由解析公式计算得到。该方法很大程度上简化
Applied Acoustics、NDT & E International、 了网格剖分，在模拟磁芯线圈扫查时不需要重复
Measurement Science and Technology、
生成有限元网格。同时，代数方程组求解的难度
Measurement、Measurement and Control、
显著降低，计算效率大幅提高。通过该方法计算
Review of Scientific Instruments、Applied
了夹层结构的涡流分布，分析了缺陷对涡流分布
Spectroscopy 等期刊上发表。
的影响；模拟了夹层结构的 C 扫描，计算得到芯
2.1 CFRP/ 铝蜂窝夹层结构涡流检测研究 子断裂、节点脱开和芯子皱褶等缺陷的涡流响应
由树脂基碳纤维增强复合材料（CFRP）和 图像，并进行了试验验证。
铝蜂窝芯组成的夹层结构（以下简称“夹层结构”） 2.3 非线性超声理论及检测应用
在航空航天等领域有着广泛的应用。团队对夹层
基于非线性半解析有限元和导波模式展开分
结构的涡流检测进行试验研究，采用一上一下两 析方法，确定了超声导波倍频非线性信号随传播
个扁平线圈构成的涡流探头进行扫查，测量各个
距离具有积累效应的发生条件，在理论分析的基
探头位置处两线圈的差分电压幅值。线性扫查结 础上，确定了低阶模式的超声导波以及其二次谐
果表明，涡流响应极小值对应于蜂窝壁的边缘。
波在焊缝特征区的声能量聚集特点。利用三维有
从 C 扫描结果中可以识别蜂窝芯中不同类型的缺
陷，包括芯子断裂、节点脱开和芯子皱褶。对 C 限元方法进行数值模拟，分析了焊缝特征结构中
传播的超声导波及其二次谐波的发生与传播特点。
扫描图像进行阈值处理以改进缺陷指示。根据线 仿真结果与理论分析预期一致，证实了超声导波
性扫查得到的结论，通过连接 C 扫描图像中涡流
发生强烈非线性效应（超声导波二次谐波随传播
响应极小值对应的像素点，得到被 CFRP 面板遮
距离积累）的条件。此外，基于非线性超声零频

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