基于光学相干层析的复合材料变形场测量系统

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复合材料广泛应用于电子电器、土木建筑和航天航空等领域。因此,对材料的无损检测以及性能评估受到国内外研究者的广泛关注。本项目基于相位对照谱域光学相干层析技术对复合材料深度实现微纳米级的动态层析测量。具体采用了滤波矩阵快速成像算法,搭建了轴向和横向的测量范围可达4.2mm和5.8mm,纵横分辨率精度达到7μm和5.6μm的线场谱域光学相干层析系统,自主开发了基于QT框架的实时监测软件。将该系统应用于复合材料动态测量,完成了以下三个方面的工作: (1)对复合材料内部的微观缺陷进行B扫描显示成像。研究表明利用系统相位测量,可以检测到典型尺寸为微米级的微缺陷并观察了其基于电阻热的修复过程; (2)在时间和空间维度下,对光固化树脂的固化度(或固化速率)分布进行可视化。研究表明树脂表面的固化速度快于内部的固化速度,其凝胶化过程是与深度相关,证明本项目系统可以有效地揭示聚合物内部的固化行为; (3)在修正折射率随载荷的扰动影响下,利用本系统分析了热、力载荷所引起的材料变形场。具体测定了不同质量分数的纳米二氧化硅混入环氧树脂的热膨胀系数,分析了拉伸有机玻璃板的深度横向(厚度)变形场以及计算泊松比。对比相关文献证明本系统和检测方案有效。