【技术实现步骤摘要】
一种曲面纤维增强树脂基复合材料单向板R区声线示踪算法
本专利技术涉及一种曲面纤维增强树脂基复合材料(FiberReinforcedPlastic,FRP)单向板R区声线示踪算法,属于复合材料超声检测
技术介绍
相比于金属材料,FRP复合材料具有明显的弹性各向异性和非均质性,给FRP构件相控阵超声检测带来挑战,具体表现为声速随传播方向变化,不同纤维方向铺层界面声学特性失配,倾斜入射至该处的超声波改变传播方向和声速,传播行为复杂。同时,飞机加筋壁板和翼梁等FRP构件普遍形状复杂,存在大量拐角区域(R区)。该处纤维方向随曲面形状连续变化,弹性特性随空间位置变化,超声波在R区单铺层内部不再沿直线传播,路径复杂,难以定量描述。直接套用面向金属材料的相控阵超声检测技术,会导致FRP构件成像质量差,缺陷定位和定量失准,甚至缺陷漏检。因此,研究反演重建复杂声传播路径的声线示踪方法,能够为研究FRP复合材料构件R区声传播行为,提升缺陷成像质量和缺陷检出能力提供支持。传统的声线示踪算法普遍是采用Snell定律,通过迭代计算预测声线经过层界面后的路径变化。北京航空航天大学的徐娜等将碳纤维增强树脂基(CarbonFiberReinforcedPlastic,CFRP)复合材料构件简化为各向同性介质,仅考虑R区曲面形状表面对声线路径的影响,将表面轮廓信息直接代入至Snell定律公式解析求解折射声线路径。对于CFRP单向板R区,其内部不存在由声学特性显著差异的铺层构成的界面。针对这一特点,法国原子能委员会SJourniac等提 ...
【技术保护点】
1.一种曲面纤维增强树脂基复合材料单向板R区声线示踪算法,其特征在于:获得纤维增强树脂基复合材料单向板声速关于空间位置和声传播方向角变化的函数关系式;将R区沿周向和厚度方向网格化;使用Dijkstra最短路径搜索算法计算起始和目标点之间的超声波传播路径和时间;具体执行如下步骤:/na.曲面纤维增强树脂基复合材料单向板网格化/n网格化周向边界与单向板表面轮廓平行,厚度方向间隔为△r,记周向边界序号为i;i为正整数,从上往下记录;/n网格化厚度方向边界以Δα的周向角度间隔,将R区划分为扇形微元;以Δl的周向长度间隔,将左右两侧平板划分为矩形单元,记厚度方向边界序号为j;j为正整数,从左往右记录;/n当Δα和Δl足够小时,相邻厚度方向边界之间的区域纤维方向恒定,该区域等效为各向异性的均质材料,其内部声传播路径为直线,同时声速随方向变化;△r越小,声线示踪计算精度越高;/nb.计算声速分布/n根据纤维增强树脂基复合材料单向板的密度、铺放顺序、弹性刚度矩阵和几何尺寸,计算声速关于空间位置和声传播方向角θ的变化情况,即V(x,y,θ);/nx表示空间位置的x轴坐标,y表示空间位置的y轴坐标;/nc ...
【技术特征摘要】
1.一种曲面纤维增强树脂基复合材料单向板R区声线示踪算法,其特征在于:获得纤维增强树脂基复合材料单向板声速关于空间位置和声传播方向角变化的函数关系式;将R区沿周向和厚度方向网格化;使用Dijkstra最短路径搜索算法计算起始和目标点之间的超声波传播路径和时间;具体执行如下步骤:
a.曲面纤维增强树脂基复合材料单向板网格化
网格化周向边界与单向板表面轮廓平行,厚度方向间隔为△r,记周向边界序号为i;i为正整数,从上往下记录;
网格化厚度方向边界以Δα的周向角度间隔,将R区划分为扇形微元;以Δl的周向长度间隔,将左右两侧平板划分为矩形单元,记厚度方向边界序号为j;j为正整数,从左往右记录;
当Δα和Δl足够小时,相邻厚度方向边界之间的区域纤维方向恒定,该区域等效为各向异性的均质材料,其内部声传播路径为直线,同时声速随方向变化;△r越小,声线示踪计算精度越高;
b.计算声速分布
根据纤维增强树脂基复合材料单向板的密度、铺放顺序、弹性刚度矩阵和几何尺寸,计算声速关于空间位置和声传播方向角θ的变化情况,即V(x,y,θ);
x表示空间位置的x轴坐标,y表示空间位置的y轴坐标;
c.判断声线路径类型,并指定网格节点之间的连接关系
根据起始点p和目标点q之间的相对位置关系,判断声线路径类型,明确声线路径经过的区域,并指定该区域所含网格节点之间的连接关系;记p点所处周向和厚度方向的边界序号分别为ip和jp,q点所处周向和厚度方向的边界序号分别为iq和jq:
(1)第Ⅰ类,满足条件ip=iq&jp≠jq,即p和q位于同一周向边界,声线路径由满足如下条件的网格节点组合构成:
①若jp<jq,即p位于q左侧,则声线路径必定位于第ip周向边界分段i=ip=iq&jp≤j≤jq内,所含网格节点k和l直接相连的条件是ik=il&jk=jl-1;
②若jp>jq,即p位于q右侧,则声线路径必定位于第ip周向边界分段i=ip=iq&jq≤j≤jp内,所含网格节点k和l直接相连的条件是ik=il&jk=jl+1。
(2)第Ⅱ类,满足条件ip≠iq&jp=jq,即p和q位于同一厚度方向,声线路径为连接二者的直线,声时tpq直接由如下公式计算得到:
其中:xp为p点的x轴坐标,yp为p点的y轴坐标;xp为q点的x轴坐标,yp为q点的y轴坐标;θpq为p、q两点间的声传...
【专利技术属性】
技术研发人员:罗忠兵,林莉,曹欢庆,金士杰,马志远,
申请(专利权)人:大连理工大学,
类型:发明
国别省市:辽宁;21
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