碳纤维增强复合塑料,是一种常见的高强度、轻质量的优质复合材料,常用于环境要求较高的航空航天领域、桥梁结构的加强件、新能源汽车车身部件、有高强度需求的体育器材等。碳纤维增强复合材料的大量应用给无损检测技术和无损评估带来了新挑战,本文旨在评估锁相涡流热成像技术对各种复杂程度的碳纤维增强塑料的检测效果。本研究过程按照被检测材料的复杂程度度,分为三个阶段。第一,针对厚度约1毫米的单向非编织的碳纤维增强复合塑料,顺纤维方向上的导电导热特性更高,属于各向异性材料。使用矩形线圈进行涡流热成像检测,实验观察到在矩形线圈弯角处的材料被加热区域内,存在沿碳纤维走向的明显长条低温区域,并将该区域为加热盲区,通过加做试块旋转实验和改变感应线圈的夹持模式,尝试圆形、盘饼形和亥姆霍兹线圈分别重复上述实验,否定了特定线圈-材料几何位置的原因,排除了线圈几何形状的影响。有限元仿真结果排除了材料本身存在缺陷的可能。第二,在评估了最简碳纤维材料之后,需要明确该技术对真实使用的材料,即对更为复杂的材料的检测能力,对双向六层纤维压合板进行热成像加测,结果表明相位图能够清晰地展现多层材料的纤维纹理,并通过拟合幅值信号与调制频率的关系,确定了该材料的涡流加热属于体加热方式。第三,进行了多层编织碳纤维材料的冲击损伤涡流热成像检测实验,并对比LED阵列光学热成像与三维计算机辅助断层扫描的检测效果,发现当冲击能量超过3 J时,涡流热成像的损伤检测效果优于LED光学热成像。除对以上三种不同复杂程度材料的实验评估,材料内部涡流分布的数值仿真结果可表明:垂向于纤维走向的涡流分量只有顺纤维走向涡流分量的百分之一,却是决定加热效果的首要因素。至此,各向异性碳纤维材料的加热特性得以部分确定。该研究评估了涡流热成像在不同复杂等级的碳纤维增强复合塑料上的检测效果。明确了单向纤维的感应可加热性,且加热盲区现象的发现及解读也填补了以往单向碳纤维涡流加热效果研究的空白,研究还分析了涡流热成像对冲击损伤的检测有效性,为这种材料的无损检测提供了新的解决思路。