碳纤维复合材料对超声衰减的频域分析

      采用反射法对两组不同碳纤维复合材料试块进行了超声检测，并用快速傅立叶变换(FFT)方法分析了信号的频域特征。结果表明：超声衰减系数与频率之间存在线性关系，而且其斜率随孔隙率的增大而增大。孔隙对超声波的衰减作用使超声信号的峰值降低、频宽变窄且使中心频率降低。超声信号矩心频率的偏移与子L隙率之间、超声衰减率与孔隙率之间均呈线性关系。频域内的特征量与孔隙率之间的线性关系为建立正确的孔隙率频域检测模型提供了基础。

      由于碳纤维复合材料(CFRP)具有高强度、高硬度和较小的密度，在航空航天领域以及纺织机械中的应用越来越广泛，因此对碳纤维复合材料内缺陷的无损检测也日趋重要。

      孔隙是碳纤维复合材料中最常见的缺陷之一。孔隙的出现严重影响了材料的力学性能，不但降低了材料的剪切强度、弯曲强度、抗拉强度和抗压强度[2-5]，而且对材料的疲劳寿命也有显著影响。碳纤维复合材料内孔隙的形态与金属中孔隙的形态有较大不同。在金属材料中孔隙多呈球形，而在复合材料内孔隙则多呈扁平状，一般出现在层间。孔隙在层间沿纤维的方向有所发展而且孔隙的几何尺寸也分布在较大的范围内[7-9]。金属材料内孔隙对超声波的散射作用可用瑞利散射模型来描述，而碳纤维复合材料内的孔隙对超声波的散射作用则复杂得多，难以用理论模型准确描述。

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