【摘 要】
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碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）作为一种高性能材料,其在航天航空、汽车和风力发电等领域被广泛应用。而CFRP在生产和使用过程中产生的损伤可能会导致设备功能降低甚至威胁生命安全,因此损伤检测环节不可或缺。本文基于碳纤维层压板电学特性和涡流效应,针对传统涡流探头参考信号的不确定性、检测深度的局限性、检测机理的冗杂性提出了脉冲涡流矩形差分探头。该
【基金项目】
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国家自然科学基金（61871379）基于电阻抗成像的CFRP层压板结构健康检测方法研究；
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碳纤维复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）作为一种高性能材料,其在航天航空、汽车和风力发电等领域被广泛应用。而CFRP在生产和使用过程中产生的损伤可能会导致设备功能降低甚至威胁生命安全,因此损伤检测环节不可或缺。本文基于碳纤维层压板电学特性和涡流效应,针对传统涡流探头参考信号的不确定性、检测深度的局限性、检测机理的冗杂性提出了脉冲涡流矩形差分探头。该课题利用脉冲涡流矩形差分探头对CFRP结构健康检测做了如下研究:利用COMSOL软件构建了矩形双霍尔差分探头,结合不同方向的磁通密度分布提出了检测机理,并引入归一化计算公式。结果表明该探头可以同时获取参考信号和检测信号,且归一化后的差分信号具有更显著的峰值,可以对CFRP层压板内损伤进行有效检测。此外,在COMSOL软件中通过旋转和移动探头分析了该检测机理下损伤角度和位置对检测效果的影响。其次对CFRP层压板冲击、裂纹、分层三种不同类损伤进行建模,通过分析脉冲涡流扰动对不同尺寸损伤的归一化差分信号进行规律总结。针对检测机理搭建了脉冲涡流检测实验平台。包括探头的制备、功率放大电路设计、微小信号放大电路设计、四阶巴特沃斯低通滤波器设计、Labview上位机程序设计。最后利用检测平台进行整机测试,证明了系统对损伤检测的可行性。利用搭建的脉冲涡流检测平台进行实验验证。从时域上对相同尺寸,不同角度和位置的裂纹损伤归一化差分信号峰值进行分析。同时,对比了不同半径的冲击损伤,不同长度、宽度、高度的裂纹损伤,不同深度的分层损伤归一化差分信号峰值大小,并得出了损伤尺寸与信号峰值的关系。
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