【摘 要】
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随着飞机结构的不断优化和碳纤维增强复合材料制备技术的不断进步,碳纤维增强增强型复合材料由于其良好性能如抗疲劳、耐腐蚀、耐高温、重量轻等,在航天航空领域得到了广泛的应用,但是在碳纤维复合材料的制作过程中,由于工艺,生产环境等因素的影响可能导致材料在制作中产生缺陷;在使用过程中,由于雷电,高温等天气原因可能造成材料老化开裂等问题,或在服役过程中产生冲击伤等。对于航空航天等对安全性要求很高的领域,这些微
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随着飞机结构的不断优化和碳纤维增强复合材料制备技术的不断进步,碳纤维增强增强型复合材料由于其良好性能如抗疲劳、耐腐蚀、耐高温、重量轻等,在航天航空领域得到了广泛的应用,但是在碳纤维复合材料的制作过程中,由于工艺,生产环境等因素的影响可能导致材料在制作中产生缺陷;在使用过程中,由于雷电,高温等天气原因可能造成材料老化开裂等问题,或在服役过程中产生冲击伤等。对于航空航天等对安全性要求很高的领域,这些微小的损伤将会直接对人员的生命安全产生威胁。因此对碳纤维增强复合材料缺陷检测技术的研究显得尤为重要。平面电容传感器基于电容边缘效应,可实现对碳纤维增强复合材料缺陷的无损检测,受到了广泛的应用。本文基于平面电容传感器检测技术,研究了所涉及的检测理论,传感器优化设计方法,通过有限元仿真进行可行性验证,搭建实验系统对用于构造飞机构件的碳纤维增强复合材料表面缺陷样品进行无损检测。文章研究内容如下:（1）平面电容传感器的优化设计。根据评价平面电容传感器性能的多个重要指标,在仿真软件COMSOL Multiphysics中对传感器进行了建模,研究传感器电极面积,电极间距,电极长宽比以及屏蔽电极结构因素对传感器性能的影响。针对实际检测对象的特点,对传感器的结构参数进行了优化设计。（2）设计仿真实验进行分析。在讨论介电常数分布和变化电容值间的关系之后,在仿真软件COMSOL Multiphysics中设计扫查实验,证明平面电容传感器对样品表面缺陷检测的可行性,之后设计不同尺寸及深度的缺陷,探究平面电容传感器对被测物表面缺陷大小的量化效果。（3）设计测量实验进行验证。基于阻抗分析仪搭建实验平台,对构造的碳纤维增强复合材料缺陷样品进行定点缺陷检测,在仿真软件当中进行对照实验,根据实验结果的对比分析,进一步验证利用该方法实验缺陷检测量化的可行性。
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