基于激光超声技术的点蚀缺陷定量表征方法研究

The etch pit corrosion damage of Aluminum Load-Bearing Component in the aircraft is a main cause leading to accidents, the nondestructive testing and evaluation technique of etch pit has become the urgent requirements in many fields, including the aviation field. According to etch pit characteristic parameter, including morphology information and distribution information, we propose to analyze each mode ultrasonic signal characteristic response affected by etch pit by using laser ultrasonic technology and time-frequency analysis; based on laser ultrasonic visualization and image processing, the detection approach of the etch pit characteristic parameter is investigated; the multivariate nonlinear map relationships between etch pit characteristic parameter and fatigue fracture cycle number and ultimate load are explained in the present work, which are important to reveal the constitutive relation between etch pit characteristic parameter and corrosion fatigue damage. The present work provides the basis of real-time nondestructive testing for etch pit, and lays the foundation for establishing etch pit ultrasonic testing and evaluation technique with our own intellectual property.

飞机铝合金承力构件的点蚀腐蚀损伤是引发事故主要原因之一，点蚀无损检测与评估技术已成为航空等众多领域的迫切工程需求。针对点蚀缺陷特征参数：形貌信息和分布信息，本项目提出利用激光超声技术结合时频分析进行各模式超声波信号对点蚀特征响应的解析方法研究；创建激光超声可视化成像技术结合图像处理对点蚀特征参数进行实时检测的方法研究；探索点蚀特征参数与疲劳断裂循环数和极限载荷之间的多元变量非线性映射关系，对揭示点蚀特征参数与腐蚀疲劳损伤之间的本构关系具有重要意义，为工程实际中点蚀损伤的寿命分析提供依据，并为创建具有我国自主知识产权的飞机点蚀损伤激光超声无损检测与评价技术奠定了基础。

铝合金是现代飞机机体使用的主要工程材料之一，由于飞机服役环境恶劣，不可避免地产生点蚀损伤积累，建立对铝合金点蚀损伤的检测方法已成为铝合金承力构件健康监测科学研究和推广应用中亟需解决的关键问题，目前尚无一种快速、有效的铝合金点蚀缺陷无损检测方法。.针对现有点蚀缺陷的特征参数检测方法的不足，研究采用激光超声技术进行铝合金点蚀缺陷无损检测。建立了激光热弹机制辐照铝合金薄板的超声波传播有限元模型，分析了超声波传播特性；建立了点蚀缺陷的激光超声可视化检测系统，研制了线聚焦EMAT线圈和微弱信号前置放大器，分析了激光超声在铝合金中的传播规律及声场分布情况；基于二维傅立叶变换分析了激光超声的多模态特征，提出一种激光超声可视化图像质量提升方法，实现了缺陷的专注分析，提出了一种基于小波变换的激光超声可视化图像分辨率提升方法，改善缺陷可视化质量。基于点蚀缺陷的激光超声可视化图像，结合图像处理方法，实现了点蚀缺陷轮廓的检测和点蚀缺陷参数测量，并通过光学显微镜、金相分析验证了测量结果的准确性。采用BP网络分析了点蚀缺陷深度、周长和拉剪力的关系，提出了遗传算法优化BP神经网络方法，建立了点蚀缺陷深度-周长-拉剪力的非线性映射关系。.本课题的研究不仅具有较高的学术价值，而且具有较强的工程实用价值，可为我国飞机铝合金构件的点蚀缺陷检测提供科学对策与方法，为延长构件服役寿命、降低服役维护成本的提供重要技术支持。