Page 45 - 无损检测2022年第十二期
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张书宁, 等:

   多相非均质 GFRP 材料的超声检测及其声学特性


                       -1
   为 2840~5060 m · s ; 平均声速为 4366.43 m ·             4.39mm 层板试样中可识别          ϕ 5.0mm 和   ϕ 3.0mm
   s ; 整体声速相对于平均声速波动达 35.0% ; 时域                     缺陷。在绝缘层试块中检测出的分层缺陷尺寸约为
    -1

                                          -1 ; 平均    40.6 mm×15.2 mm ( 长 × 宽), 材料内部存在的高
   衰减系数范围为 0.0726~0.4410dB · mm

                               -1 , 整体时域衰减系          衰减可能导致定量不准确。
   时域衰减系数为 0.17dB · mm


   数相对于平均时域衰减系数波动达 128.5 % 。笔者                           ( 3 )讨论了 GFRP 材料非均质性引起的声速及
   结合 GFRP 材料试验样品, 从声速、 时域衰减系数                       时域衰减系数波动和伪像对缺陷检测的影响, 并提
   和伪像等 3 个方面分别进行分析及讨论。                              出了一些对策。

       ( 1 )声速波动会给缺陷定位带来误差, 2.1 节中                        本文获“ 2022Evident杯超声检测技术优秀论

   采用缺陷附近区域的声速, 对 9 个缺陷深度进行了                         文评选” 活动二等奖。
   计算, 其 中 误 差 最 大 的 是 2 层 板 试 样 中 深 度 为             参考文献:
                             #
   1.66mm 的人工钢片, 缺陷定位误差为 3.88% 。实

                                                      [ 1 ]   熊秋月, 刘志宏, 陈文革, 等 . 超导磁体绝缘用 玻 璃 纤
   际检测中难以确定每个区域的准确声速, 若采用层
                                                           维真空热处理前后性能研究[ J ] . 真空科学与技术学
   板的最小、 平均或最大声速对缺陷深度进行计算, 对
                                                           报, 2021 , 41 ( 8 ): 756-760.

   于厚为 4.39mm 的层板中深度为 4mm 的缺陷, 定                      [ 2 ]  HUMER    K , BITTNER-ROHRHOFER      K ,
   位误差 最 大 值 将 达 到 12.38% 。所 以 在 实 际 检 测                  FILLUNGER H , etal.Innovativeinsulations y stems





   中, 在对强非均质性材料中深度较大的缺陷进行定                                for su p erconductin g    fusion    ma g nets  [ J ] .

   位时, 建议采用缺陷附近的声速进行计算。                                   Su p erconductorScienceandTechnolo gy , 2006 , 19 ( 3 ):
       ( 2 )时域衰减系数波动会对缺陷的识别和定量                            96-101.

                                                      [ 3 ]   邢银龙, 刘志宏, 吴 杰 峰, 等 .ITER 超 导 磁 体 绝 缘 玻
   造成一定影响, 材料本身衰减高且层间反射回波复
                                                           璃纤维放气性能分析[ J ] . 真空, 2017 , 54 ( 5 ): 52-55.
   杂, 会导致缺陷回波的信噪比较低, 给缺陷识别带来
                                                      [ 4 ]   王焰, 张炜, 杨正伟, 等. 玻璃纤维复合材料分层缺陷的
   一定困难, 容易出现漏检。从图 8 ( c ) 的 A 扫描结果
                                                           红外热波检测[ J ] . 无损检测, 2010 , 32 ( 11 ): 880-883.

   可以看出, 1.0mm 缺陷回波与层间反射回波发生                          [ 5 ]   王宝定, 吴俊伟, 廖为圣, 等 . 玻璃钢缺陷的空 耦 激 光

            ϕ
   混叠, 且幅值相当, 缺陷难以识别。实际检测中可以
                                                           超声检测[ J ] . 无损检测, 2022 , 44 ( 6 ): 26-31.
   通过时间校正增益、 补偿或修正等来提高信噪比。                            [ 6 ]   李晓红, 赵洲峰, 高亮, 等 . 换流阀阀塔玻璃钢 拉 杆 的
       ( 3 )材料的非均质性会引起复杂的超声波折射                             超声检测[ J ] . 武汉大学学报( 工学版), 2010 , 43 ( 6 ):

   和散射, 同时, 散射波强度和方向具有不确定性, 导                             766-769.
   致回波信号复杂, 有时存在伪像, 给复合材料的缺陷                          [ 7 ]   王浩全, 曾光宇 . 玻璃纤维复合材料超声 C 扫描检测
   检测带来了困难。可以考虑借助金相解剖、 微观观                                 研究[ J ] . 兵工学报, 2005 , 26 ( 4 ): 570-572.
                                                      [ 8 ]   凡丽梅, 王从科, 赵付宝, 等 . 玻璃纤维增强树 脂 基 复
   测等方法对 GFRP 材料的非均质程度进行描述, 并
                                                           合材 料 内 部 缺 陷 的 超 声 成 像 检 测 [ J ] . 无 损 探 伤,
   采取试验和仿真相结合的方法开展研究。
                                                          2014 , 38 ( 3 ): 25-27.

  3  结论                                               [ 9 ]  ZHANGZ , GUOSF , LIQ , etal.Ultrasonicdetection

                                                          andcharacterizationofdelaminationandrichresinin
      ( 1 )通过研究 GFRP材料的声学特性, 发现同一                         thick com p osites with waviness [ J ] .Com p osites




   层板声速和时域衰减系数波动性较大, 不同厚度层板                               ScienceandTechnolo gy , 2020 , 189 : 108016.



                                              -1
   之间也存在差异。层板平均声速为 2881.77m · s ,                    [ 10 ]  ONO K.A com p rehensive re p ort on ultrasonic

   整体声速相对于平均声速波动达13.0% ; 平均时域衰                            attenuation of en g ineerin g materials , includin g

                                                           metals , ceramics , p ol y mers , fiber-reinforced
   减系数为7.19dB · mm , 整体时域衰减系数相对于
                       -1

                                                          com p osites , wood , androcks [ J ] .A pp lied Sciences ,
   平均时域衰减系数波动达 74.9% 。材料本身存在很
                                                          2020 , 10 ( 7 ): 2230.
   强的非均质性和高衰减性, 同时还有着复杂的铺层结
                                                     [ 11 ]   陆铭慧, 刘磨, 张雪 松, 等 .RTM 玻 璃 纤 维 / E51 环 氧
   构时, 会对缺陷的定位定量造成一定的影响。
                                                           树脂复合材料孔隙含量对超声特征参数的影响[ J ] .

       ( 2 )对3种厚度的 GFRP层板试样中            ϕ 5.0 , 3.0 ,

                                                           复合材料学报, 2018 , 35 ( 2 ): 291-297.
   1.0mm 的人工缺陷进行超声检测, 厚度 1.21 mm                     [ 12 ]   董珍一 . 基于机器学习的封严涂层组成相分布均匀性

   和 3.32 mm 层板试样中所有缺陷均可检出, 厚 度                            超声定量表征[ D ] . 大连: 大连理工大学, 2021.
                                                                                                1
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                                                                                      无损检测
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