正交铺层碳纤维复合材料板电涡流分布三维有限元仿真

姜 磊，王黎明

(1.核工业理化工程研究院，天津 300180； 2.粒子输运与富集国防重点实验室，天津 300180)

0 引言

碳纤维复合材料(CFRP)由于具备比强度高、比模量高、可设计性强等优良特性，在航空航天、车辆工程、建筑工程等领域广泛应用[1-2]。碳纤维复合材料由碳纤维束和树脂两部分组成，通过碳纤维束的铺层角度设计可以获得性能各异的复合材料结构。

电涡流检测方法已越来越多地被用于碳纤维复合材料的位移测量、厚度检测、缺陷检测等[2-4]方面，成为该种材料无损检测的重要技术。有效、准确地计算得到被测物体的电涡流分布规律是电涡流检测方法中需要解决的核心问题之一。相比传统金属材料，碳纤维复合材料具有弱导电性特点，且其磁电性能表现出显著的各向异性特点[5]。这些特点为其电涡流分布计算带来困难。

曾辉耀等[3]采用COMSOL Multiphysics 有限元软件，进行电涡流法检测单向CFRP分层缺陷问题研究。徐帅等[4]提出一种基于矢量磁位-标量电位的电磁有限元分析方法，计算了CFRP纤维方向、材料缺陷对探头电参数的影响。Hongu等[6]采用实验方法对有缺陷CFRP涡流强度分布进行了测量。近年来，ANSYS有限元软件也被应用于金属材料电涡流检测的数值仿真。张玉宝等[7]采用ANSYS仿真分析了探头参数对电涡流检测性能的影响。廖珍贞等[8]采用ANSYS对间隙传感器的检测线圈间距进行了仿真优化。王志春等[9]采用ANSYS建立了电涡流测多层45#钢薄板厚度仿真模型，并对线圈尺寸进行了优化。Wilde 等[10]、张兴兰等[11]也利用ANSYS有限元法，对电涡流法检测金属试件进行了仿真计算以及传感器优化设计分析。……