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钨纤维增强锆基非晶复合材料棒作为一种新型的穿甲弹弹芯,是实现穿甲作用的主体部分。为了达到好的穿甲效果,穿甲弹发射的初速度通常超过2000m/s,发射时的加速度会使弹芯承受极高的冲击载荷。而锆基非晶合金在室温下几乎没有塑性,若复合材料内存在界面分离缺陷或基体内有平行于纤维的裂纹缺陷,在高速冲击载荷作用下,缺陷区域会因密度差而迅速扩大,致使弹芯内部受力不均和分裂,导致穿甲效果不佳,严重者甚至会在发射瞬间弹芯分离飞溅,造成安全事故。因此,有必要研究针对钨纤维增强锆基非晶复合材料的无损检测方法,以剔除有缺陷的穿甲弹弹芯。 本文通过查阅相关的文献资料,发现国内外尚没有针对这种复合材料的无损检测方法和技术。本文根据穿甲弹对该材料的功用要求,针对其各向异性和衰减大等特点,结合现有无损检测理论和技术方法,确定了超声检测的技术路线,较系统地开展了钨纤维增强锆基非晶复合材料棒的超声无损检测方法研究,主要取得了以下研究结果: 1.通过测量复合材料不同方向的超声衰减系数,并分析了常见棒材超声检测方法的不足,提出了一种基于超声泄漏波的检测方法:在棒内激励出沿纤维方向传播的高频超声波,在不能传播剪切波的介质中接收从棒中传出的泄漏波,将此作为检测信号进行分析,简称“高频泄漏波法”。 2.采用有限元法,模拟了沿各向同性棒内轴向传播的超声波从棒中折射到水中形成的高频泄漏波,发现泄漏波的传播具有方向性,并提出了“泄漏角”的概念;同时还发现棒中缺陷会影响泄漏波的形成,说明通过分析高频泄漏波信号可以检测棒中缺陷。 3.为了能有规律、快速地采集泄漏波信号,根据泄漏波检测法的特点制定了自动检测的扫查方案,并根据该方案设计制作出了复合材料棒材泄漏波自动无损检测设备。 4.在自制设备上进行了钢棒和钨纤维增强锆基非晶复合材料棒的高频泄漏波检测对比实验,提出了棒内超声波边界反射和波形转换形成泄漏波的模型,该模型对目前的实验现象都可以做出较好的解释。实验还发现钢棒中的高频泄漏波存在能量转移现象,而且通过有限元软件进行数值模拟也得到了相同的规律。 5.为了研究高频泄漏波法对纤维增强型复合材料内缺陷的检测能力,在自制设备上,对预制盲孔缺陷(Φ1.2mm)的钢棒和预制孔洞缺陷(Φ0.3mm×20mm)与界面分离缺陷(锤击表面致裂)的钨纤维增强锆基非晶复合材料棒都进行了检测实验,所有预制缺陷都能够被有效地检出,而且缺陷信号所具有的现象可由“边界反射和波形转换模型”进行解释,理论分析与实验一致。 研究结果表明,本文所提出的纤维增强型复合材料棒的超声泄漏波检测法可有效地检测出其中的缺陷,可望应用于穿甲弹弹芯的制造质量检测。