飛機(jī)鉚釘孔周裂紋的脈沖渦流檢測-開題報告

XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報告題目 飛機(jī)鉚釘孔周裂紋的脈沖 渦流檢測專 業(yè) 名 稱 測控技術(shù)與儀器班 級 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 填 表 日 期 20xx 年 4 月 9 日一、 選題的依據(jù)及意義：無損檢測技術(shù)是指在不損害或不影響被檢測對象使用性能,不傷害被檢測對象內(nèi)部組織的前提下，利用材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷存在引起的熱、聲、光、電、磁等反應(yīng)的變化，以物理或化學(xué)方法為手段，借助現(xiàn)代化的技術(shù)和設(shè)備器材，對試件內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)及缺陷的類型、性質(zhì)、數(shù)量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進(jìn)行檢查和測試的方法。無損檢測技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必要工具，在冶金、石油化工、船舶業(yè)、航天航空、電力以及核能領(lǐng)域得到了重要的利用。渦流檢測是五大常規(guī)檢測之一，渦流檢測是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種無損檢測方法,適用于導(dǎo)電材料。其基本原理是測量通電線圈在導(dǎo)電材料上因渦流場引起的線圈阻抗變化。因此,探頭在金屬表面移動,遇到缺陷或材質(zhì)、尺寸等變化時,通過渦流檢測儀器測量出線圈阻抗變化量就能鑒別金屬表面有無缺陷或其它物理性質(zhì)變化。影響渦流場的因素有很多,諸如探頭線圈與被測材料的耦合程度,材料的形狀和尺寸、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、以及缺陷等等。因此,利用渦流原理可以解決金屬材料探傷、測厚等問題。脈沖渦流(PEC)檢測技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種新的電磁無損檢測技術(shù),是渦流檢測的一種新方法,其在對多層金屬結(jié)構(gòu)中層間或次表面缺陷的檢測能力、分類識別能力、材料損耗的定量檢測和評估等方面表現(xiàn)出潛在的應(yīng)用優(yōu)勢。脈沖渦流檢測技術(shù)主要用于軍用飛機(jī)和民用飛機(jī)的無損檢測中,并被證明能有效地實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)和機(jī)身重疊部位隱含的腐蝕缺陷的檢測和評估,因而成為目前無損檢測領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。軍用飛機(jī)的飛行條件比較惡劣(如海軍艦艇上的直升機(jī)，長期受到海風(fēng)和海浪的侵蝕，加上飛機(jī)機(jī)身通常采用鉚接結(jié)構(gòu)，隨著服役時間的增加，飛機(jī)極易在層狀結(jié)構(gòu)第二層之后和緊固件周圍產(chǎn)生腐蝕，腐蝕缺陷的存在使得飛機(jī)結(jié)構(gòu)遭到了嚴(yán)重的破壞，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕缺陷并對缺陷造成的損傷程度進(jìn)行評估，對于確保飛行安全具有非常重要的意義。成像檢測克服了傳統(tǒng)無損檢測方法只能給出缺陷當(dāng)量信息，無法獲得缺陷形狀的不足，具有直觀、可視性好等優(yōu)點(diǎn)，因此在無損檢測領(lǐng)域得到廣泛的重視，圖像化已經(jīng)成為未來無損檢測儀器發(fā)展的一個重要趨勢。本課題是根據(jù)脈沖渦流檢測對鉚釘?shù)臋z測特點(diǎn)，設(shè)計(jì)優(yōu)化新型的探頭，以改善以往無損檢測領(lǐng)域各種檢測方法對于鉚釘內(nèi)各種缺陷檢測精度不高，效率偏低的狀況。為我國航空領(lǐng)域以及人民生產(chǎn)和生活所需鉚釘?shù)陌踩褂秘暙I(xiàn)一份力量。從而本課題所涉及的探頭設(shè)計(jì)與比較對于國家航空工業(yè)的發(fā)展有一定的積極促進(jìn)作用。2、 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：脈沖渦流（Pulsed Eddy current,PEC）檢測技術(shù)是用以亞表面缺陷檢測的一種新型無損檢測技術(shù)，是渦流檢測的一種新的應(yīng)用領(lǐng)域，它以測得的磁場最大值出現(xiàn)的時間來確定缺陷位置，從而實(shí)現(xiàn)缺陷的無損檢測和定量化描述。在一般情況下，噪音的存在使得難以充分提取更多關(guān)于缺陷的信息，然而由于激勵的復(fù)雜性，又使這種檢測方法能在被檢試樣上提取更多的信息，從而獲得其在無損檢測中的應(yīng)用地位。對此，國內(nèi)外許多學(xué)者對脈沖渦流檢測方法以及傳感器的設(shè)計(jì)與制作展開了方方面面的研究。國內(nèi)方面：1. 徐平，羅飛路等對飛機(jī)多層金屬結(jié)構(gòu)腐蝕缺陷脈沖渦流檢測技術(shù)的研究。因?yàn)轱w機(jī)的機(jī)身蒙皮和機(jī)翼壁板一般采用多層鋁合金復(fù)合結(jié)構(gòu)，而腐蝕缺陷通常出現(xiàn)在多層結(jié)構(gòu)的第二層， 因此很難被及時發(fā)現(xiàn)。所以他們對此進(jìn)行了一定研究，將脈沖渦流檢測技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)中的腐蝕缺陷檢測，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套完整的脈沖渦流檢測系統(tǒng)，以及脈沖檢測傳感器，該傳感器模塊包括一個矩形的激勵線圈和一個空心圓柱形的檢測線圈兩部分，激勵線圈用來在被測試件中產(chǎn)生渦流場，檢測線圈位于激勵線圈底面中心，用來對受缺陷擾動而產(chǎn)生的渦流磁場的垂直分量進(jìn)行檢測1。圖1：脈沖渦流檢測系統(tǒng)的物理模型2.楊賓峰，羅飛路等在脈沖渦流在飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用研究。采用霍爾傳感器作為磁場測量器件, 對鉚釘周圍出現(xiàn)的裂紋缺陷進(jìn)行了檢測, 得出了缺陷位置和大小與檢測特征量之間的關(guān)系, 要試驗(yàn)證明脈沖渦流是一種有效的檢測飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)缺陷的方法2。他們采用脈沖渦流技術(shù)對飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂紋缺陷進(jìn)行了檢測, 從實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)分析來看, 磁場變化量的最大值時間主要受裂紋深度的影響, 因此,可以提取最大值時間為特征量對深度進(jìn)行定量。在缺陷深度一定的情況下, 磁場變化量的最大值主要受裂紋長度的影響, 這時, 可以提取最大值為特征量對裂紋的長度進(jìn)行定量4。圖2：鉚接結(jié)構(gòu)缺陷檢測裝置3國內(nèi)學(xué)者周德強(qiáng)帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)在脈沖渦流檢測技術(shù)上也做了大量研究工作，在脈沖渦流傳感器設(shè)計(jì)方面，通過有限元分析法于數(shù)值分析相結(jié)合，分別對圓柱形探頭及矩形探頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)3。通過仿真對傳感器各項(xiàng)參數(shù)（主要是線圈參數(shù)與激勵信號）進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且結(jié)合大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。具有一定的參考意義5。國外方面：英國QinetiQ 公司和澳大利亞航空與航海研究實(shí)驗(yàn)室在飛機(jī)機(jī)身缺陷無損檢測方法研究上做了大量的工作，在傳感器設(shè)計(jì)方面，他們采用霍爾傳感器直接采集磁場信號來取代線圈作為接收。并且通過大量實(shí)驗(yàn)對激勵線圈各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，在激勵線圈內(nèi)部加上鐵氧體導(dǎo)磁體材料，不僅縮小了激勵線圈的尺寸還起到了聚焦磁場的作用，探頭的檢測靈敏度得到了提高6,7。他們成功開發(fā)了TRECSCAN脈沖渦流掃描系統(tǒng)，該系統(tǒng)對采集的時域信號做時間切片處理，提取特征值，實(shí)驗(yàn)C掃描成像檢測。對飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)腐蝕、裂紋缺陷檢測進(jìn)行定性、定量的分析。該儀器在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)取得了一定的成功8,9。美國Iowa State University 無損評估中心在2001年成功開發(fā)出了一套脈沖渦流檢測儀，該儀器在飛機(jī)機(jī)身缺陷檢測效果良好并且申請了專利。他們用霍爾原件代替線圈作為接收，在信號處理方法上，他們選用檢測信號的過零時間、峰值作為特征量。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明峰值大小與缺陷大小有關(guān)而峰值時間則與缺陷的深度有關(guān)10-12。加拿大皇家陸軍學(xué)院學(xué)者V.K. Babbar和P.R. Underhill針對服役的CF188型號及美國F/A-18戰(zhàn)機(jī)損傷進(jìn)行脈沖渦流安全檢測。主要針對飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)鉚釘周圍裂紋檢測設(shè)計(jì)了差分探頭，并且利用有限元進(jìn)行仿真，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真分析吻合良好13,14。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了8通道對對稱式陣列探頭，對鉚釘周圍不同大小和方向裂紋進(jìn)行有限元仿真，對檢測信號進(jìn)行在頻域分析，采用了PCA分析法來識別裂紋缺陷信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該P(yáng)EC-PCA結(jié)合能夠有效的實(shí)現(xiàn)鉚釘周圍裂紋的檢測15-17。美國學(xué)者Buzz Wincheski在飛機(jī)多層鉚接結(jié)構(gòu)缺陷檢測研究中，針對鉚釘周圍滋生裂紋檢測設(shè)計(jì)了一種自歸零式傳感器，該探頭采用傳統(tǒng)圓形線圈作為激勵，將其置于杯狀導(dǎo)磁體內(nèi)部，不同的是采用了一種新型導(dǎo)磁體材料，使得激勵磁場在多層結(jié)構(gòu)中的滲透深度大大增加。該傳感器采用了一種SDT（自旋式磁隧道效應(yīng)）磁傳感器來直接測量磁場，該磁傳感芯片靈敏度高、溫度穩(wěn)定系好，有利于微弱磁場的測量。他還對多層結(jié)構(gòu)鉚釘周圍裂紋檢測做了仿真分析，仿真結(jié)果表明該探頭該傳感器結(jié)構(gòu)能夠很好的聚焦磁場，減緩磁場在被測樣件內(nèi)的衰減速率從而增強(qiáng)了傳感器對深層缺陷的檢測能力，采用實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方法證明了該傳感器在多層鉚接結(jié)構(gòu)裂紋檢測中的實(shí)用性18。三、研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：3.1研究內(nèi)容1設(shè)計(jì)、制作脈沖渦流檢測用多層金屬結(jié)構(gòu)試塊。2設(shè)計(jì)、制作鉚釘孔周裂紋脈沖渦流檢測傳感器。3. 通過大量實(shí)驗(yàn)對設(shè)計(jì)的傳感器各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇。 4用MATLAB軟件對信號以及圖像進(jìn)行降噪處理。3.2實(shí)驗(yàn)方案1查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，分析國內(nèi)外鉚釘孔周裂紋脈沖渦流檢測傳感器的設(shè)計(jì)及信號處理方法。2制作脈沖渦流檢測用飛機(jī)多層金屬鉚接試塊。3設(shè)計(jì)、制作飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)鉚釘孔周裂紋脈沖渦流檢測用探頭。4對傳感器進(jìn)行測試，并利用測試數(shù)據(jù)對傳感器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，給出探頭優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾個參數(shù)。5采集脈沖渦流檢測信號，對采集信號進(jìn)行消噪處理，檢測深層飛機(jī)鉚釘孔周裂紋缺陷。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度4.1目標(biāo) 1針對飛機(jī)鉚釘孔周裂紋檢測設(shè)計(jì)相應(yīng)的脈沖渦流探頭。2 通過大量實(shí)驗(yàn)，對探頭參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高探頭的檢測靈敏度。 4.2主要特色根據(jù)國內(nèi)外資料可得出此次研究的主要特色是：飛機(jī)多層鉚接結(jié)構(gòu)鉚釘孔周裂紋檢測一直是熱點(diǎn)也是難點(diǎn)問題，綜合國內(nèi)外飛機(jī)多層鉚接結(jié)構(gòu)孔周裂紋檢測方法研究，設(shè)計(jì)相應(yīng)脈沖渦流檢測探頭，通過大量實(shí)驗(yàn)對探頭各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高探頭的檢測靈敏度，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)鉚釘孔周裂紋的有效檢測。 4.3工作進(jìn)度1、查閱文獻(xiàn)資料，英文資料翻譯，撰寫開題報告； 03.0904.102、購買實(shí)驗(yàn)材料，初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)傳感器； 04.1104.253、制作傳感器及實(shí)驗(yàn)試塊，并調(diào)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)； 04.2605.074、設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案對傳感器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； 05.0805.195、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，傳感器設(shè)計(jì)定型； 05.2006.016、資料歸檔、進(jìn)行課題總結(jié)； 06.0206.087、撰寫畢業(yè)論文、答辯。 06.0906.26五、參考文獻(xiàn)1 徐平. 飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)腐蝕缺陷監(jiān)測系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)J. 電子設(shè)計(jì)應(yīng)用， 2005,(10):96-98.2楊賓峰，羅飛路，張玉華，徐平. 脈沖渦流在飛機(jī)鉚接結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用研究J. 計(jì)量技術(shù), 2005, (12): 15-17.3周德強(qiáng), 張斌強(qiáng)，田貴云，王海濤. 脈沖渦流檢測中裂紋的深度定量及分類識別J. 儀器儀表學(xué)報，2009,30(6)：1191-1194.4楊賓峰，羅飛路，曹雄恒，張玉華. 飛機(jī)多層結(jié)構(gòu)中裂紋的定量檢測及分類識別J. 機(jī)械工程學(xué)報,2006,42(2):63-67.5周德強(qiáng),閆向陽,尤麗華. 激勵參數(shù)對脈沖渦流缺陷檢測的仿真分析J. 無損檢測, 2012, 34(10): 8-11.6 H.L.Libby. 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