Повышение выявляемости дефектов в композитных материалах
|
Введение 4
Углепластик 4
Композиты углерод-углерод 4
Стеклопластик 5
Глава 1 Методы обработки последовательностей термограмм 7
1.1 Получение термограмм 7
1.2 Классические методы обработки 8
1.2.1 Простые методы обработки 9
1.3 Специальные методы обработки 12
1.3.1 Вейвлет-преобразование 12
1.3.1.1 Конструирование вейвлет-функции для применения при обработке
термограмм 15
1.3.2 Метод Главных Компонент 16
Глава 2 Экспериментальные исследования объектов из композиционных
материалов 19
2.1 Описание объектов контроля 19
2.2 Однократный нагрев 20
2.3 Циклический нагрев 21
Г лава 3 Применение вейвлет-преобразований для обработки последовательностей термограмм 22
3.1 Теоретические положения вейвлет-преобразований 22
3.2 Обработка экспериментальных последовательностей.
3.2.1 Описание образца
3.2.2 Экспериментальные установки 24
3.2.3 Применение вейвлет-преобразования 26
Глава 4 Обработка последовательностей термограмм с помощью Метода
Главных Компонент 31
4.1 Теоретические положения Метода Главных Компонент. 31
4.2 Обработка экспериментальных последовательностей 32
Глава 5. Оценка отношений сигнал-шума при различных методах обработки. 34
5.1 Сигнал-шум при обработке последовательностей термограмм
классическими методами 34
5.1.1 Простые методы обработки 34
5.1.2 Нормализация 36
5.2 Сигнал-шум при обработке последовательностей термограмм
специальными методами 37
5.2.1 Вейвлет-преобразование 37
5.2.2 Метод Главных Компонент 40
Заключение 41
Список публикаций студента 42
Список использованных источников 43
Приложение А
Углепластик 4
Композиты углерод-углерод 4
Стеклопластик 5
Глава 1 Методы обработки последовательностей термограмм 7
1.1 Получение термограмм 7
1.2 Классические методы обработки 8
1.2.1 Простые методы обработки 9
1.3 Специальные методы обработки 12
1.3.1 Вейвлет-преобразование 12
1.3.1.1 Конструирование вейвлет-функции для применения при обработке
термограмм 15
1.3.2 Метод Главных Компонент 16
Глава 2 Экспериментальные исследования объектов из композиционных
материалов 19
2.1 Описание объектов контроля 19
2.2 Однократный нагрев 20
2.3 Циклический нагрев 21
Г лава 3 Применение вейвлет-преобразований для обработки последовательностей термограмм 22
3.1 Теоретические положения вейвлет-преобразований 22
3.2 Обработка экспериментальных последовательностей.
3.2.1 Описание образца
3.2.2 Экспериментальные установки 24
3.2.3 Применение вейвлет-преобразования 26
Глава 4 Обработка последовательностей термограмм с помощью Метода
Главных Компонент 31
4.1 Теоретические положения Метода Главных Компонент. 31
4.2 Обработка экспериментальных последовательностей 32
Глава 5. Оценка отношений сигнал-шума при различных методах обработки. 34
5.1 Сигнал-шум при обработке последовательностей термограмм
классическими методами 34
5.1.1 Простые методы обработки 34
5.1.2 Нормализация 36
5.2 Сигнал-шум при обработке последовательностей термограмм
специальными методами 37
5.2.1 Вейвлет-преобразование 37
5.2.2 Метод Главных Компонент 40
Заключение 41
Список публикаций студента 42
Список использованных источников 43
Приложение А
В настоящее время в нашей жизни присутствуют множество современных машин. Для безопасной эксплуатации этой техники, от ракеты до автомобиля, важным фактором является их надёжность. Поэтому нам нужны исследования в области дефектоскопии материалов для этих машин.
Углепластик
Углепластики (карбоволокниты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей (наполнителей) в виде углеродных волокон (карбоволокон).
Углепластики отличаются высокой статической и динамической выносливостью, сохраняют это свойство при нормальной и очень низкой температуре (высокая теплопроводность волокна предотвращает саморазогрев материала за счет внутреннего трения). Они водо- и химически стойки. После воздействия на воздухе рентгеновского излучений аи и Еи почти не изменяются.
Теплопроводность углепластиков в 1,5-2 раза выше, чем у стеклопластиков. Полимерные углепластики содержат наряду с угольными стеклянные, волокна, что удешевляет материал.
Композиты углерод-углерод
Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) содержат в себе углеродный формирующий элемент в виде дискретных волокон, непрерывных нитей или жгутов, войлоков, лент, тканей с плоским и объемным плетением, объемных каркасных структур. Волокна располагаются не упорядоченно в одном, двух и трех направлениях.
Углеродная матрица объединяет в одно целое формирующие элементы в композите, что позволяет лучшим образом воспринять различные внешние нагрузки.Предопределяющими факторами при выборе материала матрицы являются состав, свойства и структура кокса. К количеству специальных свойств УУКМ относится низкая пористость, низкий коэффициент термического расширения, сохранение стабильной структуры и свойств, а также размеров изделий при нагревах до 2000 °С и охлаждении, высокие механические свойства, а также хорошая электропроводность.Основное применение композиционные материалы находят в агрегатах, которые работают при температурах свыше 1200 °С.
Углерод-углеродные композиты обладают высокой радиационной стойкостью. Поскольку они по своим прочностным характеристикам превосходят все известные марки реакторных графитов, представляется перспективным их применение для узлов активной зоны высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Их применение позволяет значительно повысить надежность работы реактора.
Стеклопластик
Стеклопластик представляет собой стекловолокнистый анизотропный материал, в котором стеклянные нити сразу по выходе из фильер склеиваются между собой в виде стеклянного шпона и затем укладываются как в фанере. Связующие могут быть различным: на эпоксидной, эпоксиднановой, полиэфирной, кремнийорганической основе.
Длительная прочность стеклопластиков зависит от их состава и внешних условий (влаги, температуры, напряжения). Лучшие свойства имеют стеклопластики на основе эпоксидных и фенолоформальдетидных смол. Работоспособность стеклопластиков выше, чем у металлов. Некоторые стеклотекстолиты обладают выносливостью при изгибе до 1,5^107 циклов. Стеклопластики обладают высокой демпфирующей способностью, хорошо работают при вибрационных нагрузках. Недостатком стеклопластиков является невысокий модуль упругости: Е=2000^5800 кгс/мм (пластики на высокомодульных стекловолокнах имеют Е до 7400 кгс/мм ). Однако по удельной жесткости (Е/р) они не уступают сталям, алюминиевым сплавам и титану, а по удельной прочности (а/р) при растяжении превосходят металлы.
Таким образом, стеклопластики являются наиболее дешевым конструкционными материалами и широко применяются для силовых изделий в различных отраслях техники (несущие детали летательных аппаратов, кузова и кабины автомашин, автоцистерны, железнодорожные вагоны, корпуса лодок, судов). Из стеклопластиков изготовляют корпуса машин, кожухи, защитные ограждения, вентиляционные трубы, бачки, рукоятки, контейнеры и многое другое.
Углепластик
Углепластики (карбоволокниты) представляют собой композиции, состоящие из полимерного связующего (матрицы) и упрочнителей (наполнителей) в виде углеродных волокон (карбоволокон).
Углепластики отличаются высокой статической и динамической выносливостью, сохраняют это свойство при нормальной и очень низкой температуре (высокая теплопроводность волокна предотвращает саморазогрев материала за счет внутреннего трения). Они водо- и химически стойки. После воздействия на воздухе рентгеновского излучений аи и Еи почти не изменяются.
Теплопроводность углепластиков в 1,5-2 раза выше, чем у стеклопластиков. Полимерные углепластики содержат наряду с угольными стеклянные, волокна, что удешевляет материал.
Композиты углерод-углерод
Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) содержат в себе углеродный формирующий элемент в виде дискретных волокон, непрерывных нитей или жгутов, войлоков, лент, тканей с плоским и объемным плетением, объемных каркасных структур. Волокна располагаются не упорядоченно в одном, двух и трех направлениях.
Углеродная матрица объединяет в одно целое формирующие элементы в композите, что позволяет лучшим образом воспринять различные внешние нагрузки.Предопределяющими факторами при выборе материала матрицы являются состав, свойства и структура кокса. К количеству специальных свойств УУКМ относится низкая пористость, низкий коэффициент термического расширения, сохранение стабильной структуры и свойств, а также размеров изделий при нагревах до 2000 °С и охлаждении, высокие механические свойства, а также хорошая электропроводность.Основное применение композиционные материалы находят в агрегатах, которые работают при температурах свыше 1200 °С.
Углерод-углеродные композиты обладают высокой радиационной стойкостью. Поскольку они по своим прочностным характеристикам превосходят все известные марки реакторных графитов, представляется перспективным их применение для узлов активной зоны высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Их применение позволяет значительно повысить надежность работы реактора.
Стеклопластик
Стеклопластик представляет собой стекловолокнистый анизотропный материал, в котором стеклянные нити сразу по выходе из фильер склеиваются между собой в виде стеклянного шпона и затем укладываются как в фанере. Связующие могут быть различным: на эпоксидной, эпоксиднановой, полиэфирной, кремнийорганической основе.
Длительная прочность стеклопластиков зависит от их состава и внешних условий (влаги, температуры, напряжения). Лучшие свойства имеют стеклопластики на основе эпоксидных и фенолоформальдетидных смол. Работоспособность стеклопластиков выше, чем у металлов. Некоторые стеклотекстолиты обладают выносливостью при изгибе до 1,5^107 циклов. Стеклопластики обладают высокой демпфирующей способностью, хорошо работают при вибрационных нагрузках. Недостатком стеклопластиков является невысокий модуль упругости: Е=2000^5800 кгс/мм (пластики на высокомодульных стекловолокнах имеют Е до 7400 кгс/мм ). Однако по удельной жесткости (Е/р) они не уступают сталям, алюминиевым сплавам и титану, а по удельной прочности (а/р) при растяжении превосходят металлы.
Таким образом, стеклопластики являются наиболее дешевым конструкционными материалами и широко применяются для силовых изделий в различных отраслях техники (несущие детали летательных аппаратов, кузова и кабины автомашин, автоцистерны, железнодорожные вагоны, корпуса лодок, судов). Из стеклопластиков изготовляют корпуса машин, кожухи, защитные ограждения, вентиляционные трубы, бачки, рукоятки, контейнеры и многое другое.
Последовательности термограмм после проведения теплового контроля, так называемые «сырые термограммы» требуют некоторой обработки с целью уменьшения влияния ложных сигналов на достоверность обнаружения дефектных структур. Обработанные термограммы используют для создания дефектограмм, то есть бинарных изображений, где одним цветом, например, белым, окрашивают бездефектные области, другим, например, чёрным, дефектные области.
Мешающими факторами для создания дефектограмм являются неравномерности нагрева и неравномерность коэффициента излучения поверхности объекта контроля.
Применение методов фильтрации на этапе предварительной подготовки термограмм позволяет очистить изображения от случайных помех.
Простым методом, позволяющим значительно уменьшить влияние неравномерности нагрева является нормализация.
Методы, использующие вейвлет-преобразования дают значительный выигрыш в достоверности обнаружения дефектов, но имеется проблема в правильном подборе параметров преобразования «масштаба» а и «сдвига» b. Следует применять заранее подсчитанные времена тепловой диффузии или заранее определить оптимальные времена появления сигнала для выбора параметров а и b..
Метод Главных Компонент позволяет выделить практически все обнаруженные дефекты в первых трёх компонентах, причём в первой компоненте отображаются сигналы с самым большим весом, то есть влиянием на изображение, это в основном искажения теплового поля, вызванные неравномерностями нагрева и коэффициента излучения, а также подповерхностными дефектами.
Мешающими факторами для создания дефектограмм являются неравномерности нагрева и неравномерность коэффициента излучения поверхности объекта контроля.
Применение методов фильтрации на этапе предварительной подготовки термограмм позволяет очистить изображения от случайных помех.
Простым методом, позволяющим значительно уменьшить влияние неравномерности нагрева является нормализация.
Методы, использующие вейвлет-преобразования дают значительный выигрыш в достоверности обнаружения дефектов, но имеется проблема в правильном подборе параметров преобразования «масштаба» а и «сдвига» b. Следует применять заранее подсчитанные времена тепловой диффузии или заранее определить оптимальные времена появления сигнала для выбора параметров а и b..
Метод Главных Компонент позволяет выделить практически все обнаруженные дефекты в первых трёх компонентах, причём в первой компоненте отображаются сигналы с самым большим весом, то есть влиянием на изображение, это в основном искажения теплового поля, вызванные неравномерностями нагрева и коэффициента излучения, а также подповерхностными дефектами.
Подобные работы
- Термоволновой контроль изделий авиакосмической техники
Магистерская диссертация, технология производства продукции. Язык работы: Русский. Цена: 2350 р. Год сдачи: 2017