1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究背景

复合材料是现代科学技术发展涌现出的具有极大生命力的材料 ,它是由两种或两种以上不同性质的材料 ,通过物理或化学方法经人工或现代工艺复合而成的一种多相固体材料 ,其材料组成在性能上协同作用,得到单一材料难以比拟的优越的综合性能。由于具有质量轻、强度高、刚度大、材料的可设计性好等特性,不但给人们的设计和选择提供了更多的可能性,而且在满足对材料的各种新要求方面提供了广阔的途径。目前先进复合材料在航空航天结构上获得了广泛的应用,已成为当今航空航天的四大结构材料之一,并有进一步增长的明显趋势。

碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforcedpolymer，简称 cfrp）具有强度高、质量轻、抗腐蚀、耐久性好等优点，最早被应用于军工和航空航天领域，于上世纪90年代逐渐进入土木工程领域并得到越来越广泛的应用。cfrp具有比强度和比模量高、补强适应性好、施工工艺简单等特点。但由于其自身独特的结构特点, cfrp等复合材料结构在制作、使用过程中不可避免会存在相应的损伤,特别是在外来物(如落锤等)的冲击下,结构内部容易产生损伤,表面却几乎看不出损伤缺陷(barely visible impact-damage,bvid)。这些内部损伤通常被称为低速冲击损伤,严重影响结构的安全性与可靠性。因此,采用快速、高效的无损检测技术复合材料冲击损伤进行检测和评估,对于确保其使用安全性和可靠性具有重要的意义。在多种无损检测技术的发展和协调过程中，超声红外技术脱颖而出，引起了广泛的的关注和研究。超声红外热波技术的原型是20世纪70年代末期出现的振动热像检测，到20世纪90年代末，计算机技术的迅猛发展和热像仪性能的大幅提升，使得振动热像检测的研究进入了一个崭新的发展阶段。 2000年以来，美国韦恩州立大学的x han等人对该检测方法进行了深入的研究，由于他们采用超声脉冲作为激励源，注入被测对象的振动能量传播至裂纹、分层、脱粘等接触界面类型缺陷区域时，缺陷区域因摩擦生热、塑性变形等产生热量，使机械能转化为热能，产生的热量以热波的形式向试件表面传导，从而在被测对象表面温度场上表现出来。采用热像仪获取表面温度分布可以判断被测对象内部或表面缺陷，这是超声红外热波技术用于缺陷检测的基本原理。超声红外热波技术具有如下特点：①不需要考虑加热均匀性，即使被测对象几何形状复杂，也可得到很好的检测效果。②对于大多数固体，声波传到裂纹几乎是瞬时的，由于声波衰减相对较低，因此对于某些材料，声波能够在距离激发源较远或较深的地方产生有效的激励，故较脉冲闪光热激励方式，超声激励方式可以对更深的内部分层或裂纹等进行热激励。③超声激励注入试件后只对缺陷加热，图像信噪比高，对缺陷的检测能力大大增强。 ④超声脉冲激励强度大、作用时间短，能检测出其它红外热波技术难以检测的微裂纹，可用于大范围、快速检测。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 设计（论文）任务

（1）超声红外检测原理；

（2）cfrp材料超声激励红外检测的仿真建模；

3. 研究计划与安排

（1）第1周—第2周，熟悉题目背景，检索相关的中英文文献，了解cfrp材料损伤的超声红外检测技术和方法。

（2）第3周，阅读文献并分类整理，提交文献检索报告，完成20000字符的英文文献翻译，并撰写论文开题报告。

（3）第4周—第8周，建立基于超声红外热成像的cfrp结构裂纹分层破坏的abaqus有限元模型并进行仿真。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]宋远佳,张炜,田干等.基于超声红外热成像技术的复合材料损伤检测[j].固体火箭技术,2012,35:559-564.

[2]李胤,田干,杨正伟等.复合材料低速冲击损伤超声红外热成像检测能力评估[j].仪器仪表学报.2016,37:1124-1130.

[3]陶宁,曾智,冯立春等.非接触超声红外热像技术在复合材料检测中的应用[j].第十届中日复合材料学术会议论文集.2012:200-204.