一种复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法，以CT分析技术为基础，通过建立石英纤维增强二氧化硅基复合材料有限结构单元系列密度与CT灰度值的函数关系，实际检测中利用天线罩的CT测试结果来表征天线罩的密度分布和缺陷定位，为天线罩构件中存在的孔洞、局部严重低密度区、以及由织物的密度不均和复合工艺引起的密度梯度等缺陷提供准确的定量分析，本发明专利技术对大尺寸天线罩构件内部质量缺陷的准确定位、定性与分析具有重要的工程意义，为天线罩在线无损检测和质量控制提供重要的手段。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法
本专利技术属于复合材料分析检测
，涉及一种复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法，具体涉及一种石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法。
技术介绍
天线罩为回转体大尺寸厚壁结构，且天线罩材料主要为陶瓷基复合材料，如石英纤维增强二氧化硅基复合材料(SiO2f/SiO2)。该材料的制备过程中包括纤维预制体的编织和复合材料致密化的过程，织物编织过程中可能会由于断针、金属碎屑等带来金属夹杂，抑或由于缺纱导致后期材料内部出现宏观孔洞，另外由于织物密度分布不均和复合工艺可能会造成罩体沿厚度和高度方向呈密度梯度分布，因此追踪材料内部质量状况，包括孔洞缺陷、金属夹杂、局部严重低密度区、密度梯度等，对优化工艺过程，获得整罩材料的力学性能和介电性能的分布都具有极其重要的意义。目前应用于复杂结构复合材料内部质量的无损检测技术主要有X射线无损探伤技术、红外热成像技术、声发射检测技术、计算机层析照相技术(CT)等。X射线无损探伤用于复合材料缺陷的定性分析，对于金属夹杂，孔洞具有良好的检出能力，但对于密度梯度、裂纹等并不敏感(复合材料无损检验方法射线照相.美国军用标准MIL-HDBK-733；纤维增强塑料无损检验方法.国家军用标准，GJB1038)；红外热成像技术适合于厚度较薄的复合材料构件缺陷快速检测、在役检测等，可通过与X射线等其他检测技术结合使用来对复合材料中的缺陷进行定量分析，但要求材料或构件表面有较好的热吸收率(UllmannT.,etal.10thInternationalConferenceonQuantitativeInfra-RedThermography(QIRT)，Québec(Canada)，743-750,2010；梅辉等，复合材料学报，27卷，第6期，106-112，2010)；声发射检测技术对材料构件中较大的物理缺陷，如气孔、开裂、分层、脱粘等情况有良好的检出能力，但对于裂纹或者密度梯度这类缺陷检出效果并不好(CooneyA.T.,etal.,Airforceresearchlaboratory,ReportNumber:AFRL-RX-WP-TP-2011-4380,2011)；计算机层析照相技术(CT)对于复合材料的裂纹、气孔、夹杂以及密度分度等缺陷均适用，是复合材料构件缺陷无损检测的一个非常有效的方法(王俊山等，宇航材料工艺，28(6)：53-56，1998；WilliamH.G.,etal.,ReportNumberARL-TR-2400,WeaponsandMaterialsResearchDirectorate.US:ArmyResearchLaboratory,2001.)，现有方法对复合材料内部夹杂缺陷和严重低密度区域具有较好的判断(金虎等，专利技术专利，CN201010543531.7；梅辉等，专利技术专利，CN200910022596.4)，但目前对于大尺寸二氧化硅基复合材料天线罩回转体构件内部质量，尤其是从天线罩预制体到最终产品密度梯度的定量跟踪分析鲜见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法，该方法为天线罩构件中存在的孔洞、局部严重低密度区、以及由织物的密度不均和复合工艺引起的密度梯度等缺陷提供准确的定量分析，对大尺寸天线罩构件内部质量缺陷的准确定位、定性与分析具有重要的工程意义，为天线罩在线无损检测和质量控制提供重要的手段。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法，包括如下步骤：步骤(一)、制备一系列不同密度的石英纤维增强二氧化硅复合材料标准样品，所述一系列标准样品的组成配比与石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩的组成配比相同；步骤(二)、设定CT测试的测试条件，包括电压、电流、像素分辨率、扫描层厚度和扫描间隔，采用CT测试设备对步骤(一)中制备的一系列标准样品的CT灰度值进行测试，得到石英纤维增强二氧化硅复合材料的密度与CT灰度值之间的函数关系；步骤(三)、沿石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩的轴线对天线罩进行分层，采用CT测试设备按照步骤(二)中的测试条件对天线罩进行分层扫描，得到每层的CT灰度分布，即获得每层中各个测试点的灰度值；步骤(四)、采用CT重构软件将步骤(三)得到的各层中的所有测试点数值进行重新采样和图像合成，获得以CT灰度数值显示的天线罩整罩三维图像；步骤(五)、根据步骤(二)得到石英纤维增强二氧化硅复合材料的密度与CT灰度值之间的函数关系，得到步骤(四)获得的天线罩整罩三维图像中各个测试点的密度；步骤(六)、获得天线罩整罩三维图像中各个测试点的密度梯度值P，具体方法如下：以天线罩水平层横截面的对称中心为原点O，在水平层横截面上建立平面坐标系OXY，设ρ(x0，y0)为水平层横截面中任意一个测试点A1(x0，y0)对应的密度，ρ(x0+Δx,y0)、ρ(x0,y0+Δy)分别为与点A1(x0，y0)相邻的两个测试点的密度，点A1(x0，y0)与X轴的夹角为θ，根据梯度公式，有：其中：和分别为点A1(x0，y0)在X方向上和在Y方向上的偏导数，P为点A1(x0，y0)的密度梯度值；步骤(六)、对步骤(五)中得到的天线罩每层中的各个测试点的密度梯度值P的绝对值|P|进行判断，若|P|≥0.05，则判断该测试点位于缺陷区域边界上，否则该测试点位于缺陷区域内或正常区域内，连接位于缺陷区域边界上的多个测试点得到缺陷区域。在上述复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法中，步骤(一)中一系列不同密度的石英纤维增强二氧化硅复合材料标准样品通过如下方法获得：在石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩制备过程中不同阶段分别取样，得到密度不同的标准样品，最后阶段取样得到的标准样品密度与理想石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩密度相同。在上述复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法中，步骤(一)中一系列不同密度的石英纤维增强二氧化硅复合材料标准样品外形尺寸相同。在上述复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法中，石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩为中空结构，包括中空的回转体结构或中空的盒装结构。在上述复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法中，石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩包括天线罩预制体、半成品及成品。在上述复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法中，步骤(六)中若测试点的密度梯度值的绝对值|P|＜0.05，则测试点与其相邻点的密度变化越小，处于密度均匀的区域概率越高。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术以CT分析技术为基础，通过建立石英纤维增强二氧化硅基复合材料有限结构单元系列密度与CT灰度值的函数关系，实际检测中利用天线罩的CT测试结果来表征天线罩的密度分布和缺陷定位，为天线罩构件中存在的孔洞、局部严重低密度区、以及由织物的密度不均和复合工艺引起的密度梯度等缺陷提供准确的定量分析，本专利技术对大尺寸天线罩构件内部质量缺陷的准确定位、定性与分析具有重要的工程意义，为天线罩在线无损检测和质量控制提供重要的手段；(2)、本专利技术通过无损检测，可以对天线罩制备工艺过程进行实时跟踪，对工艺过程中存在的缺陷进行后期本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、制备一系列不同密度的石英纤维增强二氧化硅复合材料标准样品，所述一系列标准样品的组成配比与石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩的组成配比相同；步骤(二)、设定CT测试的测试条件，包括电压、电流、像素分辨率、扫描层厚度和扫描间隔，采用CT测试设备对步骤(一)中制备的一系列标准样品的CT灰度值进行测试，得到石英纤维增强二氧化硅复合材料的密度与CT灰度值之间的函数关系；步骤(三)、沿石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩的轴线对天线罩进行分层，采用CT测试设备按照步骤(二)中的测试条件对天线罩进行分层扫描，得到每层的CT灰度分布，即获得每层中各个测试点的灰度值；步骤(四)、采用CT重构软件将步骤(三)得到的各层中的所有测试点数值进行重新采样和图像合成，获得以CT灰度数值显示的天线罩整罩三维图像；步骤(五)、根据步骤(二)得到石英纤维增强二氧化硅复合材料的密度与CT灰度值之间的函数关系，得到步骤(四)获得的天线罩整罩三维图像中各个测试点的密度；步骤(六)、获得天线罩整罩三维图像中各个测试点的密度梯度值P，具体方法如下：以天线罩水平层横截面的对称中心为原点O，在水平层横截面上建立平面坐标系OXY，设ρ(x0，y0)为水平层横截面中任意一个测试点A1(x0，y0)对应的密度，ρ(x0+Δx,y0)、ρ(x0,y0+Δy)分别为与点A1(x0，y0)相邻的两个测试点的密度，点A1(x0，y0)与X轴的夹角为θ，根据梯度公式，有：P=dρ(x,y)]]>=∂ρ/∂x·cosθ+∂ρ/∂y·sinθ=ρ(x0+Δx,y0)-ρ(x0,y0)Δx·x0x02+y02+ρ(x0,y0+Δy)-ρ(x0,y0)Δy·y0x02+y02;]]>其中：和分别为点A1(x0，y0)在X方向上和在Y方向上的偏导数，P为点A1(x0，y0)的密度梯度值；步骤(六)、对步骤(五)中得到的天线罩每层中的各个测试点的密度梯度值P的绝对值|P|进行判断，若|P|≥0.05，则判断该测试点位于缺陷区域边界上，否则该测试点位于缺陷区域内或正常区域内。...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料天线罩质量无损跟踪与评价方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、制备一系列不同密度的石英纤维增强二氧化硅复合材料标准样品，所述一系列标准样品的组成配比与石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩的组成配比相同；步骤(二)、设定CT测试的测试条件，包括电压、电流、像素分辨率、扫描层厚度和扫描间隔，采用CT测试设备对步骤(一)中制备的一系列标准样品的CT灰度值进行测试，得到石英纤维增强二氧化硅复合材料的密度与CT灰度值之间的函数关系；步骤(三)、沿石英纤维增强二氧化硅复合材料天线罩的轴线对天线罩进行分层，采用CT测试设备按照步骤(二)中的测试条件对天线罩进行分层扫描，得到每层的CT灰度分布，即获得每层中各个测试点的灰度值；步骤(四)、采用CT重构软件将步骤(三)得到的各层中的所有测试点数值进行重新采样和图像合成，获得以CT灰度数值显示的天线罩整罩三维图像；步骤(五)、根据步骤(二)得到石英纤维增强二氧化硅复合材料的密度与CT灰度值之间的函数关系，得到步骤(四)获得的天线罩整罩三维图像中各个测试点的密度；步骤(六)、获得天线罩整罩三维图像中各个测试点的密度梯度值P，具体方法如下：以天线罩水平层横截面的对称中心为原点O，在水平层横截面上建立平面坐标系OXY，设ρ(x0，y0)为水平层横截面中任意一个测试点A1(x0，y0)对应的密度，ρ(x0+Δx,y0)、ρ(x0,y0+Δy)分别为与点A1(x0，y0)相邻的两个测试点的密度，点A1(x0，y0)与X轴的夹角为θ，根据梯度公式，有：

【专利技术属性】
技术研发人员：张大海，孙妮娟，梅思杨，范锦鹏，金虎，赖文恩，刘云轻，曹淑伟，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11