碳纤维增强树脂基复合材料涡流无损检测有限元分析

【摘要】碳纤维增强型复合材料因其优越的性能在飞机制造、汽车制造、化工、造船与电气设备等领域得到广泛的应用,尤其是在航空、船舰、核能设备等方面受到高度重视。然而,复合材料结构在制造和使用过程中不可避免地会存在缺陷和遭受损伤。并且,碳纤维复合材料在损坏之前几乎没有先兆,其破坏具有突然性,这往往会造成严重的后果。因此对碳纤维复合材料进行损伤检测显得尤为重要。目前应用较多的碳纤维复合材料检测方法有红外检测、X射线检测、超声检测等,这些技术都达到了一定的检测效果。使用涡流检测技术来检测碳纤维复合材料的研究则很少。本文基于电磁场理论和有限元数值仿真对碳纤维复合材料的涡流检测展开研究。首先建立碳纤维复合材料涡流检测的三维有限元仿真模型,使用Fortran语言编写程序,对涡流检测进行分析,得到碳纤维复合材料结构内的涡流分布规律,线圈感应电压和结构表面处的磁场信号,在此基础上得到碳纤维复合材料的缺陷信息。对碳纤维复合材料涡流检测的有限元仿真可以指导碳纤维复合材料涡流检测的研究。有限元模拟得到的复合材料结构中的涡流分布规律符合碳纤维复合材料电各向异性的特点,并且通过分析线圈阻抗变化的解析解,验证了有限元仿真的可靠性。在此基础上研究了涡流检测中电各向异性材料中的趋肤效应,研究发现碳纤维复合材料中的涡流衰减速度比电各向同性材料中的更快。本文还对碳纤维复合材料结构的纤维断裂和分层两种常见缺陷的涡流检测进行了有限元分析,分别得到了线圈的感应电压信号及结构表面处的磁场信号。结果表明,涡流检测技术可以很好的检测到碳纤维复合材料结构中的纤维断裂和分层缺陷。
【作者】孙磊；
【导师】曾志伟；
【作者基本信息】厦门大学，航空宇航制造工程，2014，硕士
【关键词】碳纤维复合材料；涡流检测；有限元分析；

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