CN114965522B - 一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法 - Google Patents

一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，包括：选取损伤区域中心点建立坐标系；所建立的坐标系Z轴垂直于复合材料表面；根据所建立的坐标系拍摄CT扫描图；根据所获得的CT截面图像判定分层区域；根据所确定的分层区域确定分层边界点；选取经过Z轴的多个截面重复上述步骤；根据测量到的所有边界点坐标绘制极坐标图；最终得到复合材料内部分层损伤区域。本发明能够直观表征复合材料内部分层损伤，精确测量每层间的分层面积，有效避免复合材料产生二次损伤。

Description

一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法
技术领域
本发明涉及损伤检测技术领域，特别涉及一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法。
背景技术
CT扫描是用X射线束对被测试件某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字，输入计算机处理，获取试件截面图像。CT扫描由于它的特殊成像价值，已广泛应用于工业检测、医学检查及安保检测等领域。随着工艺水平、计算机技术的发展，此技术得到了飞速的发展。
目前损伤表征分析方法有多种，如横断面观察、超声扫描、CT扫描等。其中，直接观察其横截面形态时，由于复合材料层合板需要切割，会对冲击损伤区域造成二次损伤，引入新的分层区域，进而影响测量结果的科学性。超声扫描的分辨率不高，图片后处理难度大，且只能给出分层区域在复合材料层合板表面的投影。SEM可以进行微观成像，但视野有限，不利于宏观损伤分析。CT技术可以通过扫描多个截面，获得损伤区域的三维分布规律。通过数据处理，对复合材料层合板各层间的损伤面积进行量化。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有检测技术存在的弊端，提供用于复合材料层合板内部分层损伤的检测方法，满足高精度下的损伤区域检测表征要求。
本发明解决其技术缺陷是通过以下技术方案实现的：
一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，包括以下步骤：
S1.选取复合材料层合板内部分层损伤区域中心点建立坐标系；
S2.对内部含有分层损伤的复合层合材料沿Z轴进行CT扫描，获取损伤区域的CT截面图像；
S3.根据所获得的CT截面图像判定分层区域；
S4.根据分层区域确定分层区域的左右边界点X1(r1，θ1)，X1’(r1’，θ1’)；
S5.重复测量多个截面，并重复步骤S3及S4；
S6.根据测量到的所有边界点坐标绘制极坐标图，对曲线图内部区域面积求和，得到该层损伤区域具体面积值；
S7.叠加步骤S6所获得的极坐标图，得到复合材料内部所有分层损伤区域及分层总面积。
优选的是，本发明的步骤S1中，所选取的坐标系Z轴垂直于分层损伤面，并在后续步骤中均使用此坐标系。
优选的是，本发明的步骤S2中，所使用的的CT扫描设备波长在0.001-0.1纳米之间，波长的选择应满足所拍摄的CT图能够直观体现内纤维分布，并标记比例尺。
优选的是，本发明的步骤S3中，所测量的复合板内部有一层或多层分层。
优选的是，本发明的步骤S4中，分层边界点为同一层分层区域的最边缘位置；若层合板含有多个分层损伤区域，则应该分别标记边界点；根据CT图像比例尺关系，换算分层边界点至分层中心区域实际距离，标记为极坐标系下的点Xi(ri，θi)、Xi’(ri’，θi’)其中，i为层合板内部的分层数量；所述极坐标系的原点在步骤S1中所述的Z轴上，且极坐标平面平行于该被测截面。
优选的是，本发明的步骤S5中，所述的多个截面均包含步骤S1中所述的Z轴；具体的，所测量的截面个数应不少于18个，均布在0°-180°内。
优选的是，本发明的步骤S6中，所述极坐标图中的曲线为内部分层区域的损伤边界；曲线精度取决于步骤S5中的截面测量数量，测量数量越大，精度越高。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明用于复合材料层合板内部分层损伤的检测，包括选取损伤区域中心点建立坐标系；坐标系Z轴垂直于复合材料表面；以Z轴为旋转轴拍摄多角度的CT扫描截面图；然后判定分层区域，包含一层或者多层分层区域；确定每一层分层区域的边界点极坐标，包含左侧和右侧；选取多个界面图复上述步骤，获得180范围内的边界极坐标；再根据测量到的所有边界点坐标绘制极坐标图；最终得到复合材料内部分层损伤区域。本发明能够直观表征复合材料内部分层损伤，并描绘内部分层区域空间分布，包括最大、最小分层区域及分层区域在Z轴上的散布状态；本发明可避免直接接触试件，有效避免被测件产生二次损伤；此外，本发明可精确测量每层间的分层面积，精确程度取决与被测截面的数量，数量越多，精度越高。
附图说明
图1为本发明实施例1用于复合材料层合板内部分层损伤检测的流程图。
图2为本发明的一种被测试件的CT扫描细节图。
图3为本发明中具体的分层面积求和方式示意图。
图4为本发明的一种被测试件的分层极坐标图。
具体实施方式
为便于理解，以下结合附图对本发明的具体实施和操作流程作进一步详细说明。
一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，包括以下步骤：
S1.选取复合材料层合板内部分层损伤区域中心点建立坐标系；
S2.对内部含有分层损伤的复合层合材料沿Z轴进行CT扫描，获取损伤区域的CT截面图像；
S3.根据所获得的CT截面图像判定分层区域；
S4.根据分层区域确定分层区域的左右边界点X1(r1，θ1)，X1’(r1’，θ1’)；
S5.重复测量多个截面，并重复步骤S3及S4；
S6.根据测量到的所有边界点坐标绘制极坐标图，对曲线图内部区域面积求和，得到该层损伤区域具体面积值；
S7.叠加步骤S6所获得的极坐标图，得到复合材料内部所有分层损伤区域及分层总面积。
本发明的步骤S1中，所选取的坐标系Z轴垂直于分层损伤面，并在后续步骤中均使用此坐标系。
本发明的步骤S2中，所使用的的CT扫描设备波长在0.001-0.1纳米之间，波长的选择应满足所拍摄的CT图能够直观体现内纤维分布，并标记比例尺。
本发明的步骤S3中，所测量的复合板内部有一层或多层分层。
本发明的步骤S4中，分层边界点为同一层分层区域的最边缘位置；若层合板含有多个分层损伤区域，则应该分别标记边界点；根据CT图像比例尺关系，换算分层边界点至分层中心区域实际距离，标记为极坐标系下的点Xi(ri，θi)、Xi’(ri’，θi’)其中，i为层合板内部的分层数量；所述极坐标系的原点在步骤S1中所述的Z轴上，且极坐标平面平行于该被测截面。
本发明的步骤S5中，所述的多个截面均包含步骤S1中所述的Z轴；具体的，所测量的截面个数应不少于18个，均布在0°-180°内。
步骤S6中，所述极坐标图中的曲线为内部分层区域的损伤边界；曲线精度取决于步骤S5中的截面测量数量，测量数量越大，精度越高。
本发明测量复合材料层合板内部分层损伤的方法适用于纤维复合材料。
一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，流程如图1所示，步骤包括:
S1.选取复合材料层合板内部分层损伤区域中心点建立坐标系，其中，被测试件为高速冲击后的纤维复合材料层合板，坐标系Z轴经过冲击中心点；
S2.对被测试件沿Z轴进行CT扫描，扫描角度跨度为10°，获取18张损伤区域截面图像；
S3.根据所获得的CT截面图像判定分层区域，如图2所示；
S4.根据所判定的分层区域确定分层区域的左右边界点，被测试件包含4层内部分层，每一层分层截面的左右边界点分别为[X1(r1，θ1)，X1’(r1’，θ1’)]、[Y1(r1，θ1)，Y1’(r1’，θ1’)]、[M1(r1，θ1)，M1’(r1’，θ1’)]、[N1(r1，θ1)，N1’(r1’，θ1’)]；
S5.重复测量步骤S2中所述的18个截面，并重复步骤S3及S4，相应地，边界点分别标记为；[Xi(ri，θi)，Xi’(ri’，θi’)]、[Yi(ri，θi)，Yi’(ri’，θi’)]、[Mi(ri，θi)，Mi’(ri’，θi’)]、[Ni(ri，θi)，Ni’(ri’，θi’)]，其中，i＝2～18；
S6.根据测量到的所有边界点坐标绘制极坐标图，对曲线图内部区域面积求和，可得到该层损伤区域具体面积值，其中，面积求和公式如下：
式中，S为一层分层区域的面积；r为边界点极坐标中的半径值；且r19＝r1’，r19’＝r1积求和方式示意图如3所示；
S7.叠加步骤S6所获得的极坐标图，得到复合材料内部所有分层损伤区域及分层总面积，如图4所示。

Claims (5)

1.一种测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.选取复合材料层合板内部分层损伤区域中心点建立坐标系；所选取的坐标系Z轴垂直于分层损伤面，并在后续步骤中均使用此坐标系；极坐标系的原点在步骤 S1 中所述的Z 轴上，且极坐标平面平行于分层损伤面；
S2.对内部含有分层损伤的复合材料层合板沿Z轴进行CT扫描，获取损伤区域的CT截面图像；
S3.根据所获得的CT截面图像判定分层损伤区域；
S4.对各分层损伤区域分别确定左右边界点X1(r1，θ1)，X1’(r1’，θ1’)；
S5.重复测量多个截面，并重复步骤S3及S4；所述的多个截面均包含步骤S1中所述的Z轴；具体的，所测量的截面个数应不少于18个，均布在0°-180°内；
S6.根据测量到的所有边界点坐标绘制极坐标图，对曲线图内部区域面积求和，得到损伤区域具体面积值；
S7.叠加步骤S6所获得的极坐标图，得到复合材料层合板内部所有分层损伤区域及分层总面积。
2.根据权利要求1所述的测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，其特征在于，在步骤S2中，所使用的的CT扫描设备波长在0.001-0.1纳米之间，波长的选择应满足所拍摄的CT图能够直观体现内纤维分布，并标记比例尺。
3.根据权利要求1所述的测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，其特征在于，在步骤S3中，所测量的复合材料层合板内部有若干分层。
4.根据权利要求1所述的测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，其特征在于，在步骤S4中，分层边界点为同一层分层区域的最边缘位置；若层合板含有多个分层损伤区域，则应该分别标记边界点；根据CT图像比例尺关系，换算分层边界点至分层中心区域实际距离，标记为极坐标系下的点Xi(ri，θi)、Xi’(ri’，θi’)其中，i为层合板内部的分层数量；所述极坐标系的原点在步骤S1中所述的Z轴上，且极坐标平面平行于该被测截面。
5.根据权利要求1所述的测量复合材料层合板内部分层损伤的方法，其特征在于，在步骤S6中，所述极坐标图中的曲线为内部分层区域的损伤边界；曲线精度取决于步骤S5中的截面测量数量，测量数量越大，精度越高。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1321884A (zh) * 2001-06-08 2001-11-14 清华同方核技术股份有限公司 用于检查大型工件缺陷的断层实时重建检查方法
CN107037064A (zh) * 2017-04-28 2017-08-11 河海大学 基于ct动态扫描的岩石损伤断裂细观演化三维重构方法
JP2018040739A (ja) * 2016-09-09 2018-03-15 リョーエイ株式会社 粗形材の内部欠陥検査方法
CN111310364A (zh) * 2020-04-01 2020-06-19 北京航空航天大学 一种以分层面积作为评估指标的含分层损伤层合板损伤容限表征方法
CN112179925A (zh) * 2020-09-18 2021-01-05 上海交通大学 一种复合材料层压板冲击损伤三维无损检测方法
CN113720907A (zh) * 2021-08-02 2021-11-30 北京航空航天大学 一种轮廓与深度顺序辨识的复合材料分层损伤辨识方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1321884A (zh) * 2001-06-08 2001-11-14 清华同方核技术股份有限公司 用于检查大型工件缺陷的断层实时重建检查方法
JP2018040739A (ja) * 2016-09-09 2018-03-15 リョーエイ株式会社 粗形材の内部欠陥検査方法
CN107037064A (zh) * 2017-04-28 2017-08-11 河海大学 基于ct动态扫描的岩石损伤断裂细观演化三维重构方法
CN111310364A (zh) * 2020-04-01 2020-06-19 北京航空航天大学 一种以分层面积作为评估指标的含分层损伤层合板损伤容限表征方法
CN112179925A (zh) * 2020-09-18 2021-01-05 上海交通大学 一种复合材料层压板冲击损伤三维无损检测方法
CN113720907A (zh) * 2021-08-02 2021-11-30 北京航空航天大学 一种轮廓与深度顺序辨识的复合材料分层损伤辨识方法

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