基于红外热波技术的飞机复合材料缺陷定量测量研究

Composites are used widely in aerospace and aeronautics industries, debonding, delamination and cracks may be generated during the manufacturing, processing and in service because of their special structures and manufacturing technologies. It may endanger the flight safety if composites are not detected and repaired in time. Thermal wave imaging technology has been widely used for typical defects detection, such as delaminations and fluid ingress, in composites because of its characteristics of large area and non-contact detection. The project adopts pulsed flash thermography as experimental setup, emphasizes on the applicablity of current depth prediction methods for composites, reveals how does random noise affect the calculating precision for different methods, investigates the effect of defect size on the precision of defect depth prediciton, explores depth prediction method based on new characteristic time, developes a practical method for defect size measurement based on 2D thermographic image. The anticipated achivements of the project are significant for the investigation of damage mechanism and manufacturing technology improvement of composites, and the development of new composite materials. It can also supply a practical detection and evaluation method for large scale composite structures with defect and damage caused by other reasons during the manufacturing and in service.

复合材料广泛应用于航空航天领域，由于其结构和工艺上的特殊性, 在制造、加工和使用过程中, 其内部容易产生诸如脱粘、分层、裂纹等缺陷, 不及时检修，将危及飞行安全。红外热波技术由于其大面积、非接触等特点，已广泛应用于复合材料分层、积液等缺陷检测。本课题拟利用脉冲闪光激励红外热波技术，着重研究现有测厚方法针对不同复合材料测厚应用适用性；揭示随机噪声对不同测厚方法计算精度的影响规律；研究缺陷尺寸对缺陷深度定量测量的影响；探索基于新的特征时间的测厚方法；研究通过二维热图定量测量缺陷界面尺寸的实用方法。项目预期成果对复合材料的损伤机理研究和工艺改进，以及新型复合材料的研制都具有重要意义，也将对在制造和使用过程中由于其它原因造成缺陷和损伤的大型复合材料构件等提供实用的检测、探伤与评估手段。

复合材料广泛应用于航空航天领域，由于其结构和工艺上的特殊性, 在制造、加工和使用过程中, 其内部容易产生诸如脱粘、分层、裂纹等缺陷, 不及时检修，将危及飞行安全。红外热波技术由于其大面积、非接触等特点，已广泛应用于复合材料分层、积液等缺陷检测。.缺陷深度和尺寸定量测量是脉冲红外热波技术重要应用，本项目研究了基于双层介质模型一维方程解及基于该解的缺陷深度定量测量方法,提出了基于对数温度-对数时间一阶微分极大峰值和二阶微分极小峰值两种新的缺陷深度测量方法；研究了考虑缺陷尺寸的一维方程解，建立了对数温度-对数时间二阶微分极大峰值方法中缺陷深度随缺陷宽深比系数变化规律，建立了包括缺陷尺寸参数的缺陷深度计算方法；研究了双层介质模型中考虑了第二层介质与空气界面的热反射的一维方程解，并以蜂窝结构积水量测量为研究对象，提出了双层介质中第二层介质厚度测量方法；设计了缺陷深度定量计算软件，并研究了几种常用缺陷深度定量测量方法在实际应用中针对不同热特性材料时的参数优化方法。通过实验和有限元模拟，研究和优化了缺陷尺寸半高宽测量方法。开展了采用不同热激励方法的红外无损检测技术在热障涂层、蜂窝结构和风力叶片等领域的应用研究。研究和对比了采用非制冷热像仪构建的国产红外无损检测装备的实验和外场检测能力。主持制定国家标准GB/T 31768.3-2015《无损检测 闪光灯激励红外热像法 第3部分: 试块》，参与制定国家标准GB/T 31768.2-2015《无损检测 闪光灯激励红外热像法 第2部分: 检测规范》。.红外无损检测技术的定性和定量测量的研究，对复合材料的损伤机理研究和工艺改进，以及新型复合材料的研制都具有重要意义，也对在制造和使用过程中由于其它原因造成缺陷和损伤的大型复合材料构件等提供实用的检测、探伤与评估手段。