CN106290152A - 一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法 - Google Patents

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刘钊
张祥林
赵欣
石建强
姜涛
樊喜刚
汤龙生
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/04—Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating

Abstract

本发明公开了一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，首先了解复合材料的粘接工艺，寻找可能导致缺陷产生的环节；根据待检测构件结构尺寸等制作对比试验件，通过对试验件的敲击检测确定设备对该种复合材料的分辨率；根据分辨率对待检测设备进行网格划分，并进行网格编号，将敲击检测数据输入数据分析模型，对敲击检测的数据直接进行判断。本发明可以以较低的成本实现原位实时快速无损检测，另一方面应用范围广，能够适用于各种复合材料的损伤检测。同时，提高了复杂曲面构件检测的定位准确性、检测效率和检测精度。本发明在检测时，可以在实物现场进行检测，无需挪动工件。

Description

一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，可实现复杂曲面的原位检测。
背景技术
复合材料的损伤/粘接缺陷检测是复合材料结构修理的基础和前提，也是其性能评估的依据。目前应用较多的复合材料的无损检测方法主要有目视检查法、渗透检测法、射线检测法、红外摄像检查法、液晶图像检查法、超声检查法、敲击法以及涡流检测法等。经过多年的发展，大部分无损检测方法均已比较成熟，但是都存在自身的局限性。例如，目视检测无法对复合材料的内部损伤做出判断，渗透检测可能会对复合材料造成污染，射线检测的原位检测性能较差，红外检测对隔热材料不敏感等。敲击检测借助敲击锤对被测物体进行激振，通过安装于敲击锤上的加速度传感器采集振动信号。不同材料不同结构的物体都能产生振动或者被激振，而且振动的频率是不同的，因此通过振动的变化判断被测体是否存在损伤。
敲击检测不同于其他无损检测方法，一方面它可以以较低的成本完成原位的实时快速无损检测，另一方面它对材料的局限性较小，可以对绝大多数复合材料的损伤进行检测。但是，目前的敲击检测也存在自身的不足，一是敲击检测的定位方式不明确，特别是对于复杂曲面，敲击的效率和精度不高，二是敲击检测对于数据的后期处理尚不完善，没有明确的数据处理方法。
发明内容
本发明的目的是针对敲击检测的以上两方面不足，提出了一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法。
本发明的技术方案为：一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、待检测件为复合材料与金属的粘接结构，根据待检测件的结构尺寸制作相应的对比试验件；
S2、根据检测精度在试验件上划分多个相同尺寸的网格并编号，逐格对试验件进行敲击检测，确定试验件不同型面位置所模拟缺陷及无缺陷的检测数据；
S3、对试验件敲击检测数据进行分析，建立不同型面结构中敲击检测数值与有无缺陷的对应关系，即数据分析模型；
S4、对待检测件进行与试验件相同的网格划分和编号；
S5、按照网格编号顺序逐格进行敲击检测，记录敲击检测数据；
S6、利用步骤S3的数据分析模型对敲击检测数据进行分析，判断每一格有无缺陷；
S7、统计待检测件所有型面中有缺陷的网格数量和网格总数量，获得损伤情况，从而确定该待检测件是否合格。
有益效果：本发明对于复杂曲面，敲击的效率和精度较高，完善了数据的后期处理，明确了数据处理方法，根据分辨率对待检测件进行网格划分，并进行网格编号，将敲击检测数据输入数据分析模型，对敲击检测的数据直接进行判断。本发明可以以较低的成本实现原位实时快速无损检测，另一方面应用范围广，能够适用于各种复合材料的损伤检测。同时，，提高了复杂型面结构复合材料粘接质量敲击检测的缺陷定位准确性和损伤评估精度。本发明在检测时，可以在实物现场进行检测，无需挪动工件。
附图说明
图1为待检测件结构；
图2为模拟缺陷试验件结构示意图；
图3为平面网格的划分；
图4为曲面网格的划分；
图5为试验件数据分析模型。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，具体包括以下步骤：
S1、如图1所示，待检测件为复合材料与金属的粘接结构，根据待检测件的结构尺寸制作相应的对比试验件：采用与待检测件相同的粘接工艺、复合材料、金属结构、粘接剂等制作模拟缺陷的对比试验件，如图2所示，试验件上所模拟的型面区域包含曲面区域1、平面区域2和加强筋区域5，缺陷位置包含边缘4、内部3，缺陷类型为脱粘缺陷7，要求检测出4cm×4cm脱粘，采用预先固化不粘接的方法预置脱粘面积为φ1cm、φ2cm、φ3cm、4cm×4cm的脱粘缺陷；
可以通过改变胶层厚度、粘接固化时机等，在试验件上模拟上述缺陷；可以制作多个试验件，在多个试验件上划分网格，将多个试验件同时在一个位置进行敲击，选择其中两个检测数据最接近的试验件，则解剖其中一件，验证其缺陷类型，相应的另一件可作为试验件。
S2、如图3、4所示，根据检测精度在试验件上划分多个相同尺寸的网格并编号，逐格对试验件进行敲击检测，确定试验件不同型面位置所模拟缺陷及无缺陷的检测数据；
具体在试验件上划分4cm×4cm大小的网格并编号A1、A2.....，B1、B2……，……，逐格对试验件进行敲击检测，获得试验件不同型面位置所模拟缺陷及无缺陷的敲击数值，每格检测5次并记录在表1中，求出平均值， 并用方差检验数值的偏离程度，若偏差大于2000，则重新敲击检测。
表1敲击检测数据记录单
S3、采用自组织神经网络对试验件敲击检测数据进行分析，具体是将所有网格的敲击检测数据对比得到最大值和最小值，确定自组织神经网络的训练步数，得到不同型面结构检测数据的分类，建立不同型面结构中敲 击检测数值与有无缺陷的对应关系，即数据分析模型，具体如下：
将获得的各格敲击数值的平均值进行比较获得最大值1815、最小值1250，利用MATLAB软件将所有敲击检测数值的平均值进行自组织神经网络的聚类分析，训练步数不小于(1815-1250)/2，确定300步，将敲击检测的试验数据导入excel表，命名为“shuju1”，执行以下MATLAB代码获得分类结果，以23个数据为样本，建立包含型面结构、敲击检测数值、有无缺陷对应关系的数据分析模型；
[X]＝xlsread('shuju1.xls')；
P＝X'；
Q＝minmax(P)；
％A＝max(X)；
％B＝min(X)；
％net＝newff(minmax(P),[5,3],{'tansig','purelin'},'traingdm')；
％net＝newff(P,T,5)
net＝newc(Q,2,0.1)；
net＝init(net)；
net.trainparam.epochs＝300；
％net.trainparam.goal＝0.0000001；
net＝train(net,P)；
％D＝gensim(net,P)；
D＝sim(net,P)
DC＝vec2ind(D)
S4、对待检测件进行与试验件相同的网格划分和编号：在待检测件上划分4cm×4cm大小的网格并编号A1、A2.....，B1、B2……，……；
S5、按照网格编号顺序逐格对待检测件进行敲击检测，获得待检测件每格的敲击数值，每格检测5次并记录在表1所示表格中，求出平均值，并用方差检验数值的偏离程度，若偏差大于2000，则重新敲击检测。
S6、利用数据分析模型对敲击检测数据进行分析，即在待检测件与试验件相同型面结构区域，将待检测件敲击检测获得的每格检测数值与建立的该型面结构的数据模型进行比对，确定各个型面区域中每格的有无脱粘缺陷，如图5所示。
S7、统计待检测件所有型面中有缺陷的网格数量和网格总数量，获得损伤情况，从而确定该待检测件是否合格。
合格与否的判定依据为损伤率大于30％为不合格、损伤率小于等于30％为合格，统计获得有缺陷的网格数量12和网格总数量23，获得损伤情况52.2％，从而确定该待检测件为不合格。

Claims (5)

1.一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、待检测件为复合材料与金属的粘接结构，根据待检测件的结构尺寸制作相应的对比试验件；
S2、根据检测精度在试验件上划分多个相同尺寸的网格并编号，逐格对试验件进行敲击检测，确定试验件不同型面位置所模拟缺陷及无缺陷的检测数据；
S3、对试验件敲击检测数据进行分析，建立不同型面结构中敲击检测数值与有无缺陷的对应关系，即数据分析模型；
S4、对待检测件进行与试验件相同的网格划分和编号；
S5、按照网格编号顺序逐格进行敲击检测，记录敲击检测数据；
S6、利用步骤S3的数据分析模型对敲击检测数据进行分析，判断每一格有无缺陷；
S7、统计待检测件所有型面中有缺陷的网格数量和网格总数量，获得损伤情况，从而确定该待检测件是否合格。
2.根据权利要求1所述的一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，其特征在于：
S1中，制作对比试验件的方法为：采用与待检测件相同的粘接工艺、复合材料、金属结构、粘接剂制作模拟缺陷的对比试验件，试验件上所模拟的缺陷位置、类型包含待检件所有不同型面位置中需要检测的缺陷类型，模拟缺陷的最小尺寸依据待检测件要求的检测精度确定。
3.根据权利要求2所述的一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，其特征在于：
通过改变胶层厚度、粘接固化时机模拟所述缺陷。
4.根据权利要求1所述的一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，其特征在于：
S3中，具体采用自组织神经网络对试验件敲击检测数据进行分析，将所有网格的敲击检测数据对比得到最大值和最小值，确定自组织神经网络的训练步数，得到不同型面结构检测数据的分类，建立不同型面结构中敲击检测数值与有无缺陷的对应关系。
5.根据权利要求1～4任一项所述的一种用于复合材料复杂型面粘接质量的原位检测方法，其特征在于：
S7中，合格与否的判定依据为损伤率大于30％为不合格、损伤率小于等于30％为合格。
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