CN108362780B - 一种评价复合材料结构r区缺陷超声检出概率的方法 - Google Patents

一种评价复合材料结构r区缺陷超声检出概率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法。评价的步骤如下：获取R区缺陷检测信息；R区缺陷检出的判别方法；R区缺陷大小加权；R区缺陷深度加权；计算R区缺陷等效漏检数
Figure DDA0002439992740000011
计算R区缺陷大小检出概率
Figure DDA0002439992740000012
计算R区缺陷深度确定概率
Figure DDA0002439992740000013
本发明提出了一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法，能考虑超声对R区缺陷的检出概率因素和R区缺陷重复性问题，能给出有关所选用的超声检测仪器设备及检测人员等对R区缺陷检出概率定量的信息，能给出判断不同的超声检测法的R区缺陷检出概率，能给出复合材料结构R区不同R区缺陷的漏检对超声检出概率的影响程度，从而提高了超声检测结果的可靠性和准确性。

Description

一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，涉及一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法。
背景技术
超声是一种非常重要的复合材料结构R区无损检测方法，目前已广泛用于复合材料的无损检测。通常为了评价超声检测方法、检测工艺、检测仪器设备、检测人员等对R区缺陷的综合检出能力和检测的可靠性及检测准确性，在技术上，都需要利用设计制备的含有不同模拟R区缺陷的对比试块，检验超声仪器设备及人员对R区缺陷的检出能力。目前是采用灵敏度调节的方法确定所选用的超声仪器设备是否满足被检测复合材料结构R区的R区缺陷验收要求。其显著的不足是：1)没有考虑超声对R区缺陷的检出概率因素和R区缺陷重复性问题；2)没有给出有关所选用的超声检测仪器设备及检测人员等对R区缺陷检出概率定量的信息；3)没有给出判断不同的超声检测法的R区缺陷检出概率；4)没有给出不同R区缺陷的漏检对超声检出概率的影响程度；从而影响超声检测结果的可靠性和准确性。
发明内容
本发明的目的是：提出一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法，以便考虑超声对R区缺陷的检出概率因素和R区缺陷重复性问题，给出有关所选用的超声检测仪器设备及检测人员等对R区缺陷检出概率定量的信息，给出判断不同的超声检测法的R区缺陷检出概率，给出不同R区缺陷的漏检对超声检出概率的影响程度，从而提高超声检测结果的可靠性和准确性。
本发明的技术方案是：一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法，所用的超声检测系统由超声换能器1、超声A显示单元2和超声C扫描单元3组成，在R区概率试块(4)内部设置有缺陷(5)，评价的步骤如下：
1、获取R区缺陷检测信息：利用超声检测系统分别对R区概率试块4进行超声A扫描检测和超声C扫描检测，并记录相应的超声A扫描检测结果和超声C扫描检测结果，包括超声A扫描检出R区缺陷在其轴线方向的最大长度
Figure GDA0002439992720000011
和超声A扫描检出R区缺陷的深度
Figure GDA0002439992720000012
超声C扫描检出R区缺陷其轴线方向的最大长度
Figure GDA0002439992720000021
其中：
i为检出R区缺陷的序号，i＝1、2、3、...n；
Figure GDA0002439992720000022
表示超声A扫描检出的第i个R区缺陷在其轴线方向的最大长度，即R区缺陷长轴方向的尺寸；
Figure GDA0002439992720000023
表示超声C扫描检出的第i个R区缺陷在其轴线方向的最大长度，即R区缺陷长轴方向的尺寸；
2、R区缺陷检出的判别方法：
2.1、超声A扫描检出R区缺陷的判别：
2.1.1、当超声A扫描检出的第i个R区缺陷大小满足(1)式，判别为检出该R区缺陷，否则，判别为漏检；
Figure GDA0002439992720000024
式中：
Figure GDA0002439992720000025
为第i个检出R区缺陷在R区概率试块4中对应的长轴方向的实际尺寸；
Figure GDA0002439992720000026
为第i个超声A扫描检出R区缺陷4在长轴方向的尺寸允差；
Figure GDA0002439992720000027
的选择方法为下述方法之一：
绝对选择方法：
Figure GDA0002439992720000028
在1mm～2mm之间选择；
相对选择方法：
Figure GDA0002439992720000029
2.1.2、当超声A扫描检出的第i个R区缺陷的深度满足(2)式，判别为能确定该检出R区缺陷深度
Figure GDA00024399927200000210
否则，判别为不能确定该检出R区缺陷深度位置；
Figure GDA00024399927200000211
式中：
Figure GDA00024399927200000212
为对应第i个超声A扫描检出R区缺陷在R区概率试块4中的实际深度，hp为R区概率试块4中单层复合材料铺层的厚度；
2.2、超声C扫描检出R区缺陷的判别：
当超声C扫描检出的第i个R区缺陷的大小满足(3)式，判别为检出该R区缺陷；否则，判别为漏检；
Figure GDA00024399927200000213
式中：
Figure GDA00024399927200000214
为第i个超声C扫描检出R区缺陷在长轴方向的尺寸允差；
Figure GDA00024399927200000215
的选择方法为下述方法之一：
绝对选择方法：
Figure GDA0002439992720000031
在1.0mm～1.5mm之间选择；
相对选择方法：
Figure GDA0002439992720000032
3、R区缺陷大小加权：根据被检测复合材料结构R区的验收等级和材料工艺结构特点，对R区概率试块4中漏检R区缺陷进行加权，加权系数为kj，j＝1，2，3，具体方法为：φ1、φ2、φ3为R区概率试块4中的3种不同尺寸大小的R区缺陷，φ1＜φ2＜φ3；对应R区缺陷尺寸为φ1的加权系数k1＝1.0，对应R区缺陷尺寸为φ2的加权系数k2＝2.0，对应R区缺陷尺寸为φ3的加权系数k3＝3.0；
4、R区缺陷深度加权：定义h1、h2、h3为R区概率试块4中的3种不同深度的R区缺陷，其中：h1对应的R区缺陷深度位于R区概率试块4表面第1个～2个铺层之间，h2对应的R区缺陷深度位于R区概率试块4中间铺层处，h3对应的R区缺陷深度位于R区概率试块4底面第1个～第2个铺层之间；R区缺陷深度加权系数为ml，l＝1，2，3；不同深度R区缺陷加权系数为ml的计算方法为：深度为h1的R区缺陷对应的深度加权系数m1＝1.0，深度为h2的R区缺陷对应的m2＝2.0，深度为h3的R区缺陷对应的m3＝3.0；
5、计算R区缺陷等效漏检数
Figure GDA0002439992720000033
分别根据超声A扫描检测系统和超声C扫描检测系统的检出结果，统计漏检R区缺陷数，根据漏检R区缺陷对应的加权系数kj，按照(4)式计算R区缺陷等效漏检数，
Figure GDA0002439992720000034
式中：
Figure GDA0002439992720000035
为R区概率试块4中大小为φ1的R区缺陷的漏检数；
Figure GDA0002439992720000036
为R区概率试块4中大小为φ2的R区缺陷的漏检数；
Figure GDA0002439992720000037
为R区概率试块4中大小为φ3的R区缺陷的漏检数；
6、计算R区缺陷大小检出概率
Figure GDA0002439992720000038
分别根据超声A扫描和超声C扫描检测系统的检出结果和统计漏检R区缺陷数，得到的R区缺陷等效漏检数
Figure GDA0002439992720000039
按照式(5)计算检出概率
Figure GDA00024399927200000310
Figure GDA00024399927200000311
式中：
Nd为R区概率试块中4的R区缺陷总数，由R区概率试块4确定；
7、计算R区缺陷深度确定概率
Figure GDA00024399927200000312
根据超声A扫描检测系统的检出结果，按照式(6)计算检出R区缺陷的深度不能确定的等效R区缺陷数
Figure GDA0002439992720000041
Figure GDA0002439992720000042
Figure GDA0002439992720000043
为R区概率试块4中深度为h1的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
Figure GDA0002439992720000044
为R区概率试块4中深度为h2的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
Figure GDA0002439992720000045
为R区概率试块4中深度为h3的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；利用式6的计算结果，按照式7计算检出R区缺陷的深度确定概率
Figure GDA0002439992720000046
Figure GDA0002439992720000047
至此，得到R区缺陷深度确定概率
Figure GDA0002439992720000048
本发明的优点是：提出了一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法，能考虑超声对R区缺陷的检出概率因素和R区缺陷重复性问题，能给出有关所选用的超声检测仪器设备及检测人员等对R区缺陷检出概率定量的信息，能给出判断不同的超声检测法的R区缺陷检出概率，能给出不同R区缺陷的漏检对超声检出概率的影响程度，从而提高了复合材料结构R区缺陷超声检测结果的可靠性和准确性。
附图说明
图1是本发明中用于评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的超声检测系统的基本组成示意图，
图2是本发明中典型的复合材料结构R区缺陷超声检出概率案例示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法，所用的超声检测系统由超声换能器1、超声A显示单元2和超声C扫描单元3组成，在R区概率试块4内部设置有缺陷5，评价的步骤如下：
1、获取R区缺陷检测信息：利用超声检测系统分别对R区概率试块4进行超声A扫描检测和超声C扫描检测，并记录相应的超声A扫描检测结果和超声C扫描检测结果，包括超声A扫描检出R区缺陷在其轴线方向的最大长度
Figure GDA0002439992720000049
和超声A扫描检出R区缺陷的深度
Figure GDA00024399927200000410
这里上角标A表示超声A扫描的意思，超声C扫描检出R区缺陷在其轴线方向的最大长度
Figure GDA00024399927200000411
这里上角标C表示超声C扫描的意思，其中：
i为检出R区缺陷的序号，i＝1、2、3、...n；
Figure GDA0002439992720000051
表示超声A扫描检出的第i个R区缺陷在其轴线方向的最大长度，即R区缺陷长轴方向的尺寸；
Figure GDA0002439992720000052
表示超声C扫描检出的第i个R区缺陷在其轴线方向的最大长度，即R区缺陷长轴方向的尺寸；
2、R区缺陷检出的判别方法：
2.1、超声A扫描检出R区缺陷的判别：
2.1.1、当超声A扫描检出的第i个R区缺陷大小满足(1)式，判别为检出该R区缺陷，否则，判别为漏检；
Figure GDA0002439992720000053
式中：
Figure GDA0002439992720000054
为第i个检出R区缺陷在R区概率试块4中对应的长轴方向的实际尺寸；
Figure GDA0002439992720000055
为第i个超声A扫描检出R区缺陷4在长轴方向的尺寸允差；
这里上角标r表示实际缺陷尺寸值得意思；
Figure GDA0002439992720000056
的选择方法为下述方法之一：
绝对选择方法：
Figure GDA0002439992720000057
在1mm～2mm之间选择；
相对选择方法：
Figure GDA0002439992720000058
2.1.2、当超声A扫描检出的第i个R区缺陷的深度满足(2)式，判别为能确定该检出R区缺陷深度
Figure GDA0002439992720000059
否则，判别为不能确定该检出R区缺陷深度位置；
Figure GDA00024399927200000510
式中：
Figure GDA00024399927200000511
为对应第i个超声A扫描检出R区缺陷在R区概率试块4中的实际深度，hp为R区概率试块4中单层复合材料铺层的厚度；
2.2、超声C扫描检出R区缺陷的判别：
当超声C扫描检出的第i个R区缺陷的大小满足(3)式，判别为检出该R区缺陷；否则，判别为漏检；
Figure GDA00024399927200000512
式中：
Figure GDA00024399927200000513
为第i个超声C扫描检出R区缺陷在长轴方向的尺寸允差；
Figure GDA0002439992720000061
的选择方法为下述方法之一：
绝对选择方法：
Figure GDA0002439992720000062
在1.0mm～1.5mm之间选择；
相对选择方法：
Figure GDA0002439992720000063
3、R区缺陷大小加权：根据被检测复合材料结构R区的验收等级和材料工艺结构特点，对R区概率试块4中漏检R区缺陷进行加权，加权系数为kj，j＝1，2，3，具体方法为：φ1、φ2、φ3为R区概率试块4中的3种不同尺寸大小的R区缺陷，φ1＜φ2＜φ3；对应R区缺陷尺寸为φ1的加权系数k1＝1.0，对应R区缺陷尺寸为φ2的加权系数k2＝2.0，对应R区缺陷尺寸为φ3的加权系数k3＝3.0；
4、R区缺陷深度加权：定义h1、h2、h3为R区概率试块4中的3种不同深度的R区缺陷，其中：h1对应的R区缺陷深度位于R区概率试块4表面第1个～2个铺层之间，h2对应的R区缺陷深度位于R区概率试块4中间铺层处，h3对应的R区缺陷深度位于R区概率试块4底面第1个～第2个铺层之间；R区缺陷深度加权系数为ml，l＝1，2，3；不同深度R区缺陷加权系数为ml的计算方法为：深度为h1的R区缺陷对应的深度加权系数m1＝1.0，深度为h2的R区缺陷对应的m2＝2.0，深度为h3的R区缺陷对应的m3＝1.0；
5、计算R区缺陷等效漏检数
Figure GDA0002439992720000064
分别根据超声A扫描检测系统和超声C扫描检测系统的检出结果，统计漏检R区缺陷数，根据漏检R区缺陷对应的加权系数kj，按照(4)式计算R区缺陷等效漏检数，
Figure GDA0002439992720000065
式中：
Figure GDA0002439992720000066
为R区概率试块4中大小为φ1的R区缺陷的漏检数；
Figure GDA0002439992720000067
为R区概率试块4中大小为φ2的R区缺陷的漏检数；
Figure GDA0002439992720000068
为R区概率试块4中大小为φ3的R区缺陷的漏检数；
6、计算R区缺陷大小检出概率
Figure GDA0002439992720000069
分别根据超声A扫描和超声C扫描检测系统的检出结果和统计漏检R区缺陷数，得到的R区缺陷等效漏检数
Figure GDA00024399927200000610
按照式(5)计算检出概率
Figure GDA00024399927200000611
Figure GDA00024399927200000612
式中：
Nd为R区概率试块中4的R区缺陷总数，由R区概率试块4确定；
7、计算R区缺陷深度确定概率
Figure GDA0002439992720000071
根据超声A扫描检测系统的检出结果，按照式(6)计算检出R区缺陷的深度不能确定的等效R区缺陷数
Figure GDA0002439992720000072
Figure GDA0002439992720000073
Figure GDA0002439992720000074
为R区概率试块4中深度为h1的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
Figure GDA0002439992720000075
为R区概率试块4中深度为h2的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
Figure GDA0002439992720000076
为R区概率试块4中深度为h3的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
利用式6的计算结果，按照式(7)计算检出R区缺陷的深度确定概率
Figure GDA0002439992720000077
Figure GDA0002439992720000078
至此，得到R区缺陷深度确定概率
Figure GDA0002439992720000079
实施例
采用FJ-1超声换能器、FCC-D-1超声检测仪器和CUS-21J超声C扫描系统，复合材料结构R区概率试块为碳纤维复合材料结构R区结构，复合材料结构R区概率试块的厚度为5mm，R区概率试块中的缺陷深度h1、h2和h3分别位于概率试块近表面第1个至第2个铺层界面处、二分之一概率试块厚度界面处、概率试块近底面第1个至第2个铺层界面处，结构R区概率试块中的缺陷φ1、φ2、φ3分为3mm、6mm、9mm，结构R区概率试块中的缺陷阵列由2排×9个×3组＝54个缺陷构成，参见图2所示，图2中4A、4B为分别位于R区两侧的R区缺陷。
利用FCC-D-1超声检测仪器对R区概率试块进行超声A扫描检测，记录超声A扫描检出缺陷的大小
Figure GDA00024399927200000710
和深度
Figure GDA00024399927200000711
利用CUS-21J超声C扫描系统对复合材料结构R区概率试块进行超声C扫描检测，记录超声C扫描检出缺陷的大小
Figure GDA00024399927200000712
i＝1、2、3、...54；
选择
Figure GDA00024399927200000713
为1.5mm；
根据超声A扫描检出的每个缺陷大小判别是检出，还是漏检；
选择
Figure GDA00024399927200000714
为1.0；
根据超声C扫描检出的每个缺陷的大小，判别是检出，还是漏检；
根据超声C扫描检出缺陷和超声A扫描检出缺陷，按照本专利的加权系数，分别计算超声C扫描和超声A扫描的缺陷等效漏检数
Figure GDA00024399927200000715
然后按照本发明中给出的
Figure GDA0002439992720000081
计算公式，分别计算超声C扫描和超声A扫描对复合材料结构R区缺陷大小检出概率
Figure GDA0002439992720000082
根据超声A扫描检出缺陷的深度，判别是能确定缺陷深度，还是不能确定缺陷深度；
按照本发明中给出的加权系数，计算检出缺陷的深度不能确定的等效缺陷数
Figure GDA0002439992720000083
然后按照本发明中给出的
Figure GDA0002439992720000084
计算公式，计算超声A扫描计算缺陷深度确定概率
Figure GDA0002439992720000085
例如，当超声A扫描和超声C扫描漏检一个深度为h1、大小为φ1＝3mm的R区缺陷时，则
Figure GDA0002439992720000086
约98％；
Figure GDA0002439992720000087
约为98％。

Claims (1)

1.一种评价复合材料结构R区缺陷超声检出概率的方法，所用的超声检测系统由超声换能器(1)、超声A显示单元(2)和超声C扫描单元(3)组成，在R区概率试块(4)内部设置有缺陷(5)；其特征在于，评价的步骤如下：
1.1、获取R区缺陷检测信息：利用超声检测系统分别对R区概率试块(4)进行超声A扫描检测和超声C扫描检测，并记录相应的超声A扫描检测结果和超声C扫描检测结果，包括超声A扫描检出R区缺陷在其轴线方向的最大长度
Figure FDA0002439992710000011
和超声A扫描检出R区缺陷的深度
Figure FDA0002439992710000012
超声C扫描检出R区缺陷在其轴线方向的大小
Figure FDA0002439992710000013
其中：
i为检出R区缺陷的序号，i＝1、2、3、...n；
Figure FDA0002439992710000014
表示超声A扫描检出的第i个R区缺陷在其轴线方向的最大长度，即R区缺陷长轴方向的尺寸；
Figure FDA0002439992710000015
表示超声C扫描检出的第i个R区缺陷在其轴线方向的最大长度，即R区缺陷长轴方向的尺寸；
1.2、R区缺陷检出的判别方法：
1.2.1、超声A扫描检出R区缺陷的判别：
1.2.1.1、当超声A扫描检出的第i个R区缺陷大小满足(1)式，判别为检出该R区缺陷，否则，判别为漏检；
Figure FDA0002439992710000016
式中：
Figure FDA0002439992710000017
为第i个检出R区缺陷在R区概率试块(4)中对应的长轴方向的实际尺寸；
Figure FDA0002439992710000018
为第i个超声A扫描检出R区缺陷(4)在长轴方向的尺寸允差；
Figure FDA0002439992710000019
的选择方法为下述方法之一：
绝对选择方法：
Figure FDA00024399927100000110
在1mm～2mm之间选择；
相对选择方法：
Figure FDA00024399927100000111
1.2.1.2、当超声A扫描检出的第i个R区缺陷的深度满足(2)式，判别为能确定该检出R区缺陷深度
Figure FDA00024399927100000112
否则，判别为不能确定该检出R区缺陷深度位置；
Figure FDA00024399927100000113
式中：
Figure FDA0002439992710000021
为对应第i个超声A扫描检出R区缺陷在R区概率试块(4)中的实际深度，
hp为R区概率试块(4)中单层复合材料铺层的厚度；
1.2.2、超声C扫描检出R区缺陷的判别：
当超声C扫描检出的第i个R区缺陷的大小满足(3)式，判别为检出该R区缺陷；否则，判别为漏检；
Figure FDA0002439992710000022
式中：
Figure FDA0002439992710000023
为第i个超声C扫描检出R区缺陷在长轴方向的尺寸允差；
Figure FDA0002439992710000024
的选择方法为下述方法之一：
绝对选择方法：
Figure FDA0002439992710000025
在1.0mm～2.0mm之间选择；
相对选择方法：
Figure FDA0002439992710000026
1.3、R区缺陷大小加权：根据被检测复合材料结构R区的验收等级和材料工艺结构特点，对R区概率试块(4)中漏检R区缺陷进行加权，加权系数为kj，j＝1，2，3，具体方法为：φ1、φ2、φ3为R区概率试块(4)中的3种不同尺寸大小的R区缺陷，φ1＜φ2＜φ3；对应R区缺陷尺寸为φ1的加权系数k1＝1.0，对应R区缺陷尺寸为φ2的加权系数k2＝2.0，对应R区缺陷尺寸为φ3的加权系数k3＝3.0；
1.4、R区缺陷深度加权：定义h1、h2、h3为R区概率试块(4)中的3种不同深度的R区缺陷，其中：h1对应的R区缺陷深度位于R区概率试块(4)表面第1个～2个铺层之间，h2对应的R区缺陷深度位于R区概率试块(4)中间铺层处，h3对应的R区缺陷深度位于R区概率试块(4)底面第1个～第2个铺层之间；R区缺陷深度加权系数为ml，l＝1，2，3；不同深度R区缺陷加权系数为ml的计算方法为：深度为h1的R区缺陷对应的深度加权系数m1＝1.0，深度为h2的R区缺陷对应的m2＝2.0，深度为h3的R区缺陷对应的m3＝3.0；
1.5、计算R区缺陷等效漏检数
Figure FDA0002439992710000027
分别根据超声A扫描检测系统和超声C扫描检测系统的检出结果，统计漏检R区缺陷数，根据漏检R区缺陷对应的加权系数kj，按照(4)式计算R区缺陷等效漏检数，
Figure FDA0002439992710000028
式中：
Figure FDA0002439992710000029
为R区概率试块(4)中大小为φ1的R区缺陷的漏检数；
Figure FDA00024399927100000210
为R区概率试块(4)中大小为φ2的R区缺陷的漏检数；
Figure FDA0002439992710000031
为R区概率试块(4)中大小为φ3的R区缺陷的漏检数；
1.6、计算R区缺陷大小检出概率
Figure FDA0002439992710000032
分别根据超声A扫描和超声C扫描检测系统的检出结果和统计漏检R区缺陷数，得到的R区缺陷等效漏检数
Figure FDA0002439992710000033
按照式(5)计算检出概率
Figure FDA0002439992710000034
Figure FDA0002439992710000035
式中：
Nd为R区概率试块中(4)的R区缺陷总数，由R区概率试块(4)确定；
1.7、计算R区缺陷深度确定概率
Figure FDA0002439992710000036
根据超声A扫描检测系统的检出结果，按照式(6)计算检出R区缺陷的深度不能确定的等效R区缺陷数
Figure FDA0002439992710000037
Figure FDA0002439992710000038
Figure FDA0002439992710000039
为R区概率试块(4)中深度为h1的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
Figure FDA00024399927100000310
为R区概率试块(4)中深度为h2的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
Figure FDA00024399927100000311
为R区概率试块(4)中深度为h3的R区缺陷不能确定其深度的R区缺陷数；
利用式(6)的计算结果，按照式(7)计算检出R区缺陷的深度确定概率
Figure FDA00024399927100000312
Figure FDA00024399927100000313
至此，得到R区缺陷深度确定概率
Figure FDA00024399927100000314
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