三维编织复合材料超声波技术应用研究

摘要

三维编织复合材料是二十世纪八十年代发展起来的高新纺织材料，它具有异型件一次编织成型、结构不分层、整体性能好和设计灵活等特点，已经成为航空航天重要的结构材料。为了保证使用的安全性，必须对材料内部的缺陷有清楚的了解。本文以超声波无损检测技术为前提，以小波变换理论和BP神经网络技术为基础，采用LabVIEW和MATLAB语言混合编程的方法，设计完成了一种超声波无损检测系统，用它实现了对碳/环氧三维编织复合材料内部微裂纹和单个孔隙两种缺陷的分类识别。
　　 本文首先阐述了超声波无损探伤技术原理和应用现状，深入分析三维编织复合材料内部缺陷形态与超声波探伤信号之间的联系，提出采用目前较为流行的小波分析法一小波包变换来处理三维编织复合材料缺陷的A扫描回波信号，提取缺陷信号被分解后的能量特征，并将归一化的缺陷特征值作为BP神经网络的输入，通过对网络进行多样本训练和仿真实验，实现对三维编织复合材料微裂纹和孔隙的分类识别；其次，采用模块化的设计思想，利用LabVIEw和MATLAB语言将以上各部分内容集成在一起，充分发挥MATLAB在信号处理方面的强大能力和LabVIEW设计良好人机交互界面的特长，使之成为一个便于使用、便于改进的应用软件，实现对三维编织复合材料缺陷识别的自动化、智能化；最后，设计实验，利用超声波探伤仪进行实验数据的采集，传入计算机上的识别系统进行训练和识别测试，分析得到的实验结果从而证明系统的可行性，并对出现的问题做了分析和展望。
　　 本课题达到了对碳/环氧三维编织复合材料微裂纹和孔隙定性检测的目的。通过本课题的研究工作，得到了一些有实用价值的实验方法和实验数据，为进一步研究三维编织复合材料的超声波检测奠定了一定的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 三维编织复合材料简介

1.2.1 三维编织复合材料概述

1.2.2 三维编织复合材料发展历程

1.2.3 三维编织复合材料的主要应用

1.2.4 三维编织复合材料缺陷分析

1.3 复合材料无损检测的主要方法

1.4 小波变换、神经网络技术与超声波检测技术的结合

1.5 本文研究的主要内容

1.5.1 研究目标

1.5.2 所要完成的任务

1.5.3 本文的结构

第二章 超声波无损探伤原理

2.1 超声波的物理基础

2.2 超声波检测仪器

2.3 超声波检测方法

2.4 缺陷的定位与定性

2.5 不同缺陷的超声波扫描信号特点

第三章 小波变换在超声检测中的应用

3.1 小波变换的思想及函数的分析

3.1.1 小波分析的基本理论

3.1.2 小波包分析

3.1.3 小波包的定义

3.1.4 小波包算法

3.2 超声检测信号特征量的提取

第四章 BP神经网络在缺陷识别中的应用

4.1 神经网络及其基本特征

4.2 神经网络的应用研究

4.3 BP神经网络结构分析

4.3.1 输入层和输出层设计

4.3.2 隐含层数和层内节点数的选择

4.4 应用BP神经网络对缺陷进行模式识别

第五章 缺陷识别系统设计

5.1 开发工具

5.2 系统的软件总体设计

5.2.1 设计思想

5.2.2 软件开发

5.2.3 界面模块设计

5.2.4 数据采集模块设计

5.2.5 数据处理模块设计

第六章 实验分析

6.1 实验材料

6.2 实验过程

6.2.1 缺陷定位

6.2.2 解剖对比

6.2.3 波形特征与剖面细观形貌关联对比

6.2.4 缺陷识别

6.3 实验结果分析

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 问题与发展

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢