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背景

GFRP學名玻璃纖維增強塑料，是一種比較常見的復合材料。這種結合了玻璃纖維和樹脂填充的結構，使得它具有很多特殊的性能，包括很高電絕緣性能，寬泛的工作溫度，較低的熱傳導性能和較高的抗腐蝕性能。這些性能也決定了GFRP材料在航空航天、市政建設和交通運輸等多個行業都有廣泛的應用。

而由此制作的部件的可靠性則由材料性能和其內部可能的缺陷密切相關。例如在制造階段，過多的孔隙可能會造成材料的各向異性。而在在役使用階段，由于外部的沖擊損傷，也會造成裂紋、分層、基體斷裂等多種類型的缺陷。

超聲激光測振技術是近興起的一種無損檢測技術，它通過分析測試試樣的共振來分析其中的結構缺陷。該技術結合了超聲激勵和激光振動掃描方法。在固體材料中，結構的不均勻性會導致質量和剛度的局部變化，這些變化很容易被激光測振技術所探測到。這種在缺陷區出現的特殊共振現象首先是由Pye和Adams發現的。他們發現復合材料在一定有效量級的共振條件下會產生一個特殊的熱能，這個熱能是由缺陷相反的兩側之間的摩擦而產生的。隨后Busse和Solodov等將這種現象定義為局部缺陷共振（LDR），它們有其特殊的共振頻率。

隨后Segers等人通過使用3D掃描測振技術研究了平底孔的平面內和平面外共振響應，而近期Solodov等人研究發現類似于平底孔的缺陷，不同形狀的平底孔，比如方形、圓形、錐形等都有其基本的共振頻率。

但不幸的是，LDR技術看起來無法有效地了解缺陷的深度，而這可用通過一側的主動紅外熱成像技術實現。但這種主動紅外熱成像技術只能檢測不連續類型的缺陷，并且對于厚度大于10mm的工件也很難使用。

因而在此研究中，同時使用了單激勵激光測振技術和主動紅外熱成像技術來對16mm厚度的GFRP復合材料中的圓形平底孔進行檢測，以獲得顯著的檢測結果。

2 檢測對象和方法

檢測對象是一塊320x320x16mm的GFRP試塊，其中包含了16個平底孔類型的缺陷，每個都是20mm直徑，缺陷深度在1到12mm之間。

激光測振技術包含了一個掃描激光測振儀PSV-500-3D，一個信號發生器AWG-4163，帶一個放大器。信號發生器激勵一個超聲脈沖給壓電晶片探頭。通過激光測振手段分析材料中的彈性波的傳播，以及結構內部的不連續對其造成的干擾。

如前面提到的，使用振動分析技術可以對缺陷進行定位，已經確定缺點的尺寸和區域，但無法確定深度。為了得到缺陷深度信息，使用了主動紅外熱成像技術。該技術使用一個4x500W鹵素燈作為加熱源，持續加熱10s。假設材料的熱擴散系數已知，缺陷深度通過大溫度差的延遲時間來進行評估，該技術被證明是有效的，但缺陷深度限定在10mm以內。

3 結果分析

3.1 激光測振技術

下面是共振測振在平底孔上的結果，例如圖中的16號缺陷（深度1.1mm），檢測頻率是12.5kHz。而8號缺陷（深度1.2mm）和5號缺陷（深度7.2mm），可以被所有頻率檢測到。

在全振動模式下，頻率范圍50Hz-100kHz，可以發現16個缺陷中的15個，只有深的9號缺陷未被發現。通常來說，越深的缺陷振動觀測得到的振幅越低。

可以看到，這些缺陷的尺寸是一樣的，只是深度不同，就會造成顯示上的差異，缺陷越深，振動強度越低。因而9號缺陷沒有顯示。通過ThermoLab軟件，對檢測結果進行二次處理分析，通過一個簡單的算法可以明顯提高缺陷的顯示效果。

3.2 典型的紅外熱成像NDT方法和深度特性

使用單側典型的紅外熱成像技術可以估計缺陷的深度，并與振動分析的結果結合，可提高缺陷的檢出率。

使用紅外熱成像技術可以給出7mm以上深度的缺陷的深度，而7-12mm深度的缺陷沒有檢測出。

4 結論

共振激光測振技術證明是檢測非連續類缺陷的有效工具，缺陷在不同深度上都可被檢出。原始數據可以發現16個缺陷中的15個，而通過ThermoLab軟件進行算法處理可以發現所有16個缺陷，而使用主動熱紅外技術可以對其中的部分缺陷進行深度評價。

待續

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