碳纤维增强复合材料褶皱缺陷的超声成像*

张海燕 宋佳昕 任燕 朱琦 马雪芬

1) (上海大学通信与信息工程学院， 上海先进通信与数据科学研究院， 上海 200444)

2) (上海大学机电工程与自动化学院， 上海 200444)

3) (上海电机学院机械学院， 上海 201306)

碳纤维增强复合材料在制造和使用过程中会产生褶皱， 褶皱缺陷的存在使得纤维层起伏不平， 超声波传播至纤维界面时不同声束方向的声能量存在差异.针对此问题， 提出一种基于声束指向性函数校正的全聚焦阵列成像方法: 制备了含褶皱缺陷的碳纤维增强复合材料试样， 建立超声阵列数据采集实验系统， 捕获全矩阵数据; 考虑超声发射/接收阵元不同声束方向的声能量差异， 提出全聚焦成像方法的校正模型; 将校正前后的全聚焦成像结果与试样的实物图和光学显微镜图像进行对比分析.实验结果表明: 基于指向性函数校正的全聚焦成像方法能够有效降低背景噪声， 恢复出被检试样的褶皱缺陷和铺层结构等细节信息， 为碳纤维增强复合材料褶皱缺陷的精确表征提供了理论指导.

1 引 言

相比于铝合金等轻质金属材料， 以碳纤维为增强材料， 树脂为基体构成的碳纤维增强复合材料[1，2](carbon fiber reinforced polymer， CFRP)具有质量轻、强度高、韧性好和耐腐蚀等优点， 被广泛应用于航空航天、汽车、海洋工程等领域[3]， 如:民用飞机的飞机舱门、机翼、卫星天线、主体骨架结构， 汽车车身和底盘等[4，5].由于CFRP是由两种材料复合而成， 并且制造工艺复杂独特， 加工过程中存在很多不稳定因素……