申请/专利权人：武汉科技大学;湖北泽融检测技术有限公司;宜昌市宜元新材料科技有限公司

申请日：2023-12-26

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN117805234A

主分类号：G01N29/04

分类号：G01N29/04;G01N29/44;G01N1/28;G01N3/08;G01N3/32

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.19#实质审查的生效;2024.04.02#公开

摘要：本发明涉及一种基于超声检测评估碳纤维增强树脂基复合材料性能的方法。其技术方案是：在制备碳纤维增强树脂基复合材料的铺层时将预制的聚四氟乙烯薄片固定于设计厚度的12处，继续铺层至设计厚度，固化成型，加工成n件缺陷试样；对n件缺陷件进行压缩实验和压‑压疲劳试验，得到缺陷件i的压缩载荷Yi和压缩疲劳寿命Zi；根据皮尔逊相关系数r判断分层缺陷面积Xi与压缩载荷Yi和压缩疲劳寿命Zi的相关性；利用最小二乘法，构建分层缺陷面积Xi与压缩载荷Yi和压缩疲劳寿命Zi的数学模型；采用超声C扫描待测样件，提取特征值，计算分层缺陷面积X′，代入数学模型，得到待测试样B的压缩载荷Y′和压缩疲劳寿命Z′。本发明检测评估速度快和精度高。

主权项：1.基于超声检测评估碳纤维增强树脂基复合材料性能的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤是：步骤一、在制备碳纤维增强树脂基复合材料的铺层过程中，当待铺层厚度达到碳纤维增强树脂基复合材料设计厚度的12处时，将预制的n个不同面积的聚四氟乙烯薄片沿铺层长边方向依次均匀固定，再继续铺层至设计厚度；待含聚四氟乙烯薄片的碳纤维增强树脂基复合材料固化成型后，加工为n件含不同面积的聚四氟乙烯薄片的缺陷试样，n件缺陷试样依次记为缺陷试样1、……、缺陷试样i、……、缺陷试样n；其中：i为1～n的自然数，n为4～10的自然数；步骤二：对所述n件缺陷试样分别进行压缩实验和压-压疲劳实验，依次得缺陷试样1的压缩载荷Y1、……、缺陷试样i的压缩载荷Yi、……、缺陷试样n的压缩载荷Yn和缺陷试样1的压缩疲劳寿命Zi、……、缺陷试样i的压缩疲劳寿命Zi、……、缺陷试样n的压缩疲劳寿命Zi；步骤三：记缺陷试样i的分层缺陷面积为Xi，则缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi构成一个Xi，Yi点集，根据皮尔逊相关系数r 式1中： 表示n件缺陷试样的分层缺陷面积的平均值，mm2，Xi表示缺陷试样i的分层缺陷面积，mm2， 表示n件缺陷试样的压缩载荷平均值，N，Yi表示缺陷试样i的压缩载荷，N，n表示缺陷试样的数量，r表示皮尔逊相关系数；判断缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi的相关性：当r0时，缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi正相关；当r＝1时，缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi线性相关；当r0时，缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi负相关；当r＝-1时，缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi线性相关；当r＝0时，缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi不相关；同理，可判断缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩疲劳寿命Zi的相关性；步骤四：利用最小二乘法，构建缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi的数学模型：Yi＝KeXi+He2即得： 等效于记矩阵为P，记矩阵为Q，记矩阵为M；则：Q＝PTP-1PTM5式2～式5中：Xi表示缺陷试样i的分层缺陷面积，mm2，Xn表示缺陷试样n的分层缺陷面积，mm2，Yi表示缺陷试样i的压缩载荷，N，Yn表示缺陷试样n的压缩缩载，N，Ke表示缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与压缩载荷Yi的数学模型拟合直线的斜率，He表示缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与压缩载荷Yi的数学模型拟合直线的纵截距，T表示矩阵转置的符号；根据式5，得到缺陷试样i的压缩载荷Yi与分层缺陷面积Xi的拟合直线的斜率Ke和纵截距He的值；即得式2所示缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi的数学模型；同理，得到缺陷试样i的压缩疲劳寿命Zi与分层缺陷面积Xi的拟合直线的斜率Kf和拟合直线的纵截距Hf的值；即得式6得所示缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩疲劳寿命Zi的数学模型：Zi＝KfXi+Hf6式5中：Xi表示缺陷试样i的分层缺陷面积，mm2，Zi表示缺陷试样i的压缩疲劳寿命，次，Kf表示缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与压缩疲劳寿命Zi的数学模型拟合直线的斜率，Hf表示缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与压缩疲劳寿命Zi的数学模型拟合直线的纵截距；步骤五：在水浸超声C扫描系统中扫描待测试样时，首先将超声波声源置于完全浸入水中的待测碳纤维增强树脂基复合材料上，采用脉冲回波法激励超声波探头，使所述超声波探头发出窄脉冲超声波扫描待测的碳纤维增强树脂基复合材料，主要缺陷为分层缺陷的待测碳纤维增强树脂基复合材料记为待测试样B，超声波在两侧声阻抗不同的界面会发生反射，回收待测试样B的超声回波信号D，提取特征值信息；超声C扫描中，判断为分层缺陷的步距点的数量为m；设所述超声波探头沿待测的碳纤维增强树脂基复合材料表面横向移动的步距和纵向移动的步距对应地为Lx和Ly；其中，Lx的值为固定值；将待测试样B的分层缺陷面积记作X′，待测试样B的压缩载荷记作Y′，待测试样B的压缩疲劳寿命记作Z′；计算待测试样B的分层缺陷面积X′；步骤六：将待测试样B的分层缺陷面积X′输入到所述缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩载荷Yi的数学模型和缺陷试样i的分层缺陷面积Xi与缺陷试样i的压缩疲劳寿命Zi的数学模型中，计算待测试样B的压缩载荷Y′和压缩疲劳寿命Z′；Y′＝KeX′+He7Z′＝KfX′+Hf8步骤七：若待测试样B的压缩载荷Y′和压缩疲劳寿命Z′达到含聚四氟乙烯薄片的面积为0的缺陷试样对应的压缩载荷Yi和压缩疲劳寿命Zi的80％，则待测试样B的性能合格。

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