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特种复合材料涂层厚度涡流法测量技术的研究

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第1章 绪论

1.1 课题研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 涡流检测技术概述

1.4 课题研究内容

1.5 本章小结

第2章 涡流法测厚技术理论基础

2.1 阻抗分析法

2.2 线圈阻抗的影响因素

2.3 涡流法涂层测厚理论分析

2.4 本章小结

第3章 特种碳纤维复合材料电导率测试实验

3.1 特种碳纤维复合材料基体及其涂层的制作工艺及材料特性

3.2 特种碳纤维复合材料电导率测量方法适用性分析

3.3 特种碳纤维复合材料及其涂层电导率的测量

3.4 特种碳纤维复合材料及其涂层电导率下限以及不均匀范围

3.5 本章小结

第4章 特种碳纤维复合材料涂层厚度涡流检测有限元仿真

4.1 电磁有限元仿真理论基础

4.2 特种碳纤维复合材料涂层厚度涡流法二维有限元分析

4.3 仿真分析涂层厚度差异影响下的涡流信号特征

4.4 有限元仿真综合分析

4.5 本章小结

第5章 特种碳纤维复合材料涂层厚度涡流法测量试验研究

5.1 试验研究内容

5.2 可行性测试试验

5.3 试验结果分析

5.4 特种碳纤维复合材料涂层厚度测量范围和测量精度的试验研究

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文情况说明

致 谢

声明

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摘要

为了防止航空航天部件在超高温的工作环境下烧蚀氧化,通常需要在碳纤维复合材料基体材料的表面上镀一层碳化硅涂层材料(厚度约为50~160μm),而对于该层涂层厚度的精确测量不仅是航空航天部件安全工作的基础,也是涂层质量无损检测技术评价的关键。目前国内外针对于涂层的非破坏性测厚的方法主要有金相显微镜测厚法、射线测厚法、红外检测厚法、超声测厚法、磁感应测厚法、涡流测厚法等,各种测厚方法都有其优点以及自身的局限性,但对于此类超薄涂层(几十个μm)厚度的最佳无损测量方法为涡流测厚法。
  本文根据特种碳纤维复合材料的材料特性建立低电导率材料的电导率涡流测量方法理论模型,然后采用电导率混合分块赋值的方法来模拟材料电导率不均匀性,并在此基础上仿真分析材料电导率不均匀性对涂层测厚结果的影响,研究材料电导率不均匀下涡流检测信号特征,提出优化涡流系统激励参数的方案,研究分析涂层厚度差异和材料电导率不均匀性影响下的涡流信号特征,并在现有设备的基础上使用现有的试样开展部分电导率测量和基体涂层测厚的实验研究;研究并确定满足特种复合材料电导率下限及不均匀性范围内的涂层厚度理论测量范围和测量精度,建立了特种复合材料基体涂层测厚的基本模型(主要操作步骤及检测参数等)。分析结果表明通过选择合适的检测频率不仅可以使探头线圈阻抗与涂层厚度有着很好的线性相关性和检测分辨率,而且还能抑制材料电导率不均匀性对测厚的影响。该方法很好的反映了材料属性的特点,提高了特种碳纤维复合材料涂层涡流测厚仿真的准确性,因此利用涡流法实施特种碳纤维复合材料SiC涂层厚度的测量是可行性的。
  本文通过开展特种复合材料基体(特种碳纤维复合材料)及其表面涂层(碳化硅抗氧化保护涂层)厚度的涡流检测技术研究,完成了涂层厚度涡流法测量的可行性理论与试验研究,确定了理论测量范围和分辨率,开展了相关特种碳纤维复合材料涂层测厚试验,理论仿真计算与实验结果吻合较好,从而为特种碳纤维复合材料涂层厚度的涡流法测量提供了可靠的理论依据和技术支持。

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