将CT扫描数据分析与可视化应用于复合材料

由于复合制造业的进步迅速扩大了部分几何形状，材料和结构策略的可能性，也必须实施新的计量和微观结构调查的方法，以确保不断的产品改进和可靠性。采用复合材料的航空航天和其他行业长期以来依赖视觉，声学，超声波，更近，基于射线照相的检查方法以及用于表面尺寸检查的CMM（坐标测量机）。这些非破坏性测试（NDT）中的每一个都根据时间，成本，产品复杂性和所需的安全程度发挥各种角色。

由于许多复合材料产品——无论是消费类、运动类、汽车类还是航空航天类——都突破了轻量化和性能的极限，因此深层内部部件检测对于最终用途的安全性、风险规避和业务可持续性变得越来越重要。

计算断层扫描的作用

计算机断层扫描(CT)扫描和相关数据分析和可视化是当今复杂产品的理想选择。近年来，x射线断层扫描、高性能计算、软件算法和用于传输复杂数据的用户界面取得了突破性进展，CT扫描和数据分析从中受益。CT技术的独特之处在于它可以360度穿透大多数金属和复合材料的复杂层。这些原始数据随后被最先进的软件处理，以创建由数百万体素(单个3D元素，类似于2D像素)组成的三维体块图像。

无论是数值输出还是彩色编码的3D图像，这些软件都提供了复合材料微观结构的惊人细节，允许在设计和制造时进行比较。可以使用一系列专门的数字工具来分析材料密度、钢筋结构的取向、由设计和制造缺陷或过载引起的内部缺陷，以及使用数字体积关联对一个样品的不同状态进行多次扫描计算出的应变模式。

今天的ct扫描数据分析的商业和实验类型的复合材料结构是广泛的能力。任何结构都可以根据其设计意图捕获和表征。可以创建模板来快速反复地分析零件的特征和问题自动。这包括孔隙度分析（例如，孔隙体积和距离表面的距离）;局部纤维，织物和粗纱方向的纤维和树脂分析;衍生统计，如方向直方图或取向张于（图2），纤维体积分数，树脂内的孔隙率等。所有数据都可以将所有数据导出到FEA工具中并用于改善材料建模和结构模拟，从而能够建立用于研发目的和组件设计的比较模型。在适当的情况下，这些分析甚至适用于内联检查（ILI）。

经典复合材料及分析

最常见的商业复合材料属于聚合物基复合材料(PMC)类别，包括先进的碳和玻璃纤维增强塑料(CFRP和GFRP)。陶瓷基复合材料(CMC)由长、多股陶瓷纤维制成，在高温应用中也获得了认可，在抗裂性、热行为和断裂韧性方面显示出比“技术陶瓷”显著的优势。

这些复合分组甚至CMC都可以从相同的CT扫描分析技术中受益，用于确定缺陷，性能和质量规范状态。只有扫描适当尺寸的机器并选择合适的扫描策略和分析设置只是一个问题。根据手头的材料，有针对每个光纤架构（短，连续），上铺板图案（单向或单位指定角度）和粘合材料（树脂，织物，硅等）的检查解决方案。此外，可以捕获分析本身并自动化（图1）。

泡沫是一种用于复合材料中使用的材料，可以用CT-DATA分析和可视化软件（图4）来扫描和检查，以更好地理解其行为。虽然已经在广泛使用中，但许多发泡过程尚不清楚。当然，泡沫比它们的固体版本轻，可以在任何没有高应力携带的情况下使用。在注射成型过程中，良好的例子是物理或化学发泡的塑料。但泡沫也用作复合夹层结构中的芯材料。与由相同的密集材料制成的面部片材或与芯更致密的相同的材料相结合，可以在低重量下产生具有高弯曲刚度的复合夹层结构。因此，孔径，材料体积分数和孔的伸长率在理解材料的机械和热行为方面至关重要。这些材料的典型应用是使用泡沫来绝缘冷藏卡车的壳体。

在下个月的第2部分中，我将探讨新型混合复合材料的成像解决方案。