江西时时彩专家计划
Application
應用領域

航天航空復合材料的檢測

    復合材料與膠接結構具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐溫耐腐蝕等優點,目前已廣泛應用于航空航天、汽車、化工等制造領域。例如,現代航空航天飛行器的機身,大量采用了復合材料與膠接結構。常用的復合材料與膠接結構無損檢測方法有超聲、聲阻抗、聲掃頻等。由于材料、結構、生產工藝等問題,復合材料與膠接結構中產生的缺陷種類很多,因此一種檢測方法很難實現全面的綜合檢測。


 

一、航空復合材料結構類型及其缺陷

 

    航空結構中常用的復合材料結構主要有纖維增強樹脂層板結構和夾芯結構。纖維增強樹脂層板結構按照材料的不同又分為碳纖維增強樹脂結構(CFRP)和玻璃纖維增強樹脂結構(GFRP);夾芯結構主要是蜂窩夾芯結構、泡沫夾芯結構和少量的玻璃微珠夾芯結構。

 

    復合材料構件在使用過程中往往會由于應力或環境因素而產生損傷,以至破壞。復合材料損傷的產生、擴展與金屬結構的損傷擴展規律有比較大的差異,往往在損傷擴展到一定的尺度以后,會迅速擴展而導致結構失效,所以復合材料在使用過程中的檢測,就顯得極為重要,也越來越受到人們的重視。
 

    1 纖維增強樹脂層板結構中存在的主要缺陷

    纖維增強樹脂層板結構在成型過程中往往會由于工藝原因而產生缺陷,人為操作的隨機性會產生夾雜、鋪層錯誤等缺陷;固化程控不好會產生孔隙率超標、分層、脫膠等缺陷;在制孔過程和裝配中會形成孔邊的分層缺陷;使用中由于受載荷、振動、濕熱酸堿等環境因素的綜合作用會導致初始缺陷(如分層、脫膠)的擴展和分層、脫膠、斷裂等新的損傷和破壞的發生。

 

    2 夾芯結構中存在的主要缺陷

    夾芯結構在成型過程中也會由于工藝原因而產生某些缺陷;為操作誤差等會產生蜂窩芯的變形、節點脫開、因為蜂窩芯過低導致的弱粘接等缺陷,固化程控不好會導致局部的貧膠或富膠、弱粘接、發泡膠空洞等缺陷;使用中會導致初始缺陷(如弱脫膠)的擴展和脫膠、進水、蜂窩芯壓塌等新的損傷和破壞的發生。泡沫夾芯結構會產生脫膠、芯子開裂等類型的缺陷。

 

 


二、超聲檢測


    超聲檢測法是無損檢測最主要的手段之一,超聲檢測廣泛應用于金屬、非金屬、復合材料內部缺陷的檢測。對于較厚的復合材料,例如多層金屬膠接復合板,通常采用超聲脈沖回波、脈沖穿透等方法檢測工件內部的脫粘、空穴、孔隙、膠接質量不良等缺陷[1],如圖1、2所示。

 

 


         
圖1  超聲脈沖回波檢測方法示意圖

 

 


 
圖2  超聲脈沖穿透法檢測示意圖

 

 

 

三、聲阻抗檢測


    聲阻抗檢測,又稱機械阻抗(MIA)檢測法。它把反映材料振動特性的力學阻抗轉換為換能器的負載阻抗。由于材料的力學阻抗與材料結構存在著一定的關系,因此通過對換能器特性的測量來判斷材料力學阻抗的變化,從而達到檢測的目的。點源激發被檢測材料使被檢測材料作彎曲振動的聲阻法一般用來檢測粘接質量,如薄蒙皮粘接和蜂窩結構粘接質量等,如圖3所示。圖4為聲阻抗檢測的彈簧模型示意圖,粘接良好結構上的彈簧剛度只是接觸剛度,脫粘上方的彈簧剛度是探頭接觸剛度與不連續剛度的串聯。不連續剛度依賴于脫粘的大小與埋藏深度。 當缺陷變小或埋藏深度增加時,彈簧剛度增加,缺陷就難以檢測。阻抗還隨頻率變化,所以選擇適當頻率是獲得良好的檢測結果的關鍵[2]。


    聲阻抗檢測是為復合材料板-板膠接結構件與蜂窩結構件的整體性檢測發展起來的便攜式檢測儀器。利用聲阻儀,通過蜂窩膠接結構粘接良好區域與粘接缺陷區的表面機械阻抗有明顯差異這一特點來實現檢測的,主要用于檢測鋁制單蒙皮和蒙皮加墊板的蜂窩膠接結構的板芯分離缺陷檢測。

 

 

圖3  聲阻抗檢測示意圖                                   圖4  聲阻抗檢測脫粘的彈簧模型示意圖

 

 

 

 


四、聲掃頻檢測


    聲掃頻檢測原理與聲-超聲檢測類似,采用板波檢測技術。利用雙晶片、雙觸點的不需耦合劑的低頻超聲探頭,將探頭的兩個傳聲觸點置于掃查線前后的走向,以低頻或射頻電子信號激勵發射換能器,產生的超聲波經觸頭進入被檢工件;超聲波以板波橫向傳播,接收換能器通過與發射換能器定距間隔的另一個觸頭拾取經工件傳播的聲波信號,以幅度和相位顯示,表征工件聲波路徑上的粘接質量,如圖5所示。

 


 
圖5  聲掃頻檢測示意圖

 

 

 

 

五、聲諧振檢測


    聲諧振檢測法與常規聲阻抗檢測法類似,即通過電聲換能器激勵被檢測物體,并測量因被檢測對象參量的不同而引起的阻抗變化量,區別是聲諧振探頭檢測時需要耦合劑,如圖6所示。聲諧振檢測可用于檢測復合材料膠接板的剪切內聚強度、蜂窩結構的拉伸內聚強度以及內聚強度為零的脫粘、氣孔、分層等缺陷。聲諧振大致又可以分為兩類:以單一頻率聲波入射被檢測件的單頻諧振檢測法和以頻率隨著時間變化的聲波入射被檢測件的掃頻諧振檢測法[3]。

 


 圖6  聲諧振檢測示意圖

 


    1  單頻諧振檢測法
    單頻諧振檢測法是以單一頻率的激勵聲波入射被測件,在輸入頻率的作用下,被檢結構作為換能器的負載,其聲阻抗的變化必然會改變換能器電信號輸出的振幅、相位、諧振頻率等,通過測量換能器接收信號的振幅與相位就可以評價結構的質量。


    2  掃頻諧振檢測法
    掃頻諧振檢測法所選用的激勵聲波為頻率隨時間變化的連續聲波。當被檢工件的自然頻率及諧振頻率與激勵信號的頻率相符時,換能器所承受的載荷相比于其他頻率成分時要重得多,從而易于檢測到因為載荷變化而引起的信號電流變化。利用這種方法可以可靠地檢測出板材的厚度,膠接結構和復合材料構件中的脫粘、分層、氣孔等缺陷的位置和深度。

  

 


六、定距發射/接收檢測


    定距發射/接收檢測原理與聲-超聲檢測類似,采用板波檢測技術。利用雙晶片、雙觸點的不需耦合劑的低頻超聲探頭,將探頭的兩個傳聲觸點置于掃查線前后的走向,以低頻或射頻電子信號激勵發射換能器,產生的超聲波經觸頭進入被檢工件;超聲波以板波橫向傳播,接收換能器通過與發射換能器定距間隔的另一個觸頭拾取經工件傳播的聲波信號,以幅度和相位顯示,表征工件聲波路徑上的粘接質量,如圖7所示。

 

 


 
圖7  定距發射/接收檢測示意圖

 

 

 

 

 

 SMART-6000復合材料綜合檢測儀


    基于NDT集成檢測技術理論[4],設計開發集超聲、聲阻抗、聲掃頻等多功能于一體的便攜式復合材料與膠接結構綜合檢測設備成為可能。SMART-6000復合材料綜合檢測儀為愛德森(廈門)電子有限公司和空軍裝備部合作開發的新一代多功能復合材料與膠接結構綜合檢測設備,如圖8所示。

 

 


 
圖8  SMART-6000復合材料綜合檢測儀

 


    SMART-6000復合材料綜合檢測儀集超聲、聲阻抗、聲掃頻等多種檢測方法于一體的便攜式復合材料與膠接結構綜合檢測設備。儀器具有超聲A掃描、脈沖、掃頻、機械阻抗等多種檢測模式,以適應不同材料、不同結構部件的檢測。

 

 

七、探頭


    SMART-6000復合材料綜合檢測儀可配接各種超聲探頭、機械阻抗檢測探頭、諧振檢測探頭、定距發射/接收掃頻檢測探頭、定距發射/接收脈沖檢測探頭等,部分探頭結構示意圖如圖9所示。


           
圖9  復合材料與膠接結構檢測儀專用探頭示意圖

 

 

八、應用


    SMART-6000復合材料綜合檢測儀可廣泛應用于航空航天、汽車、化工制造領域中的復合材料與膠接結構的在役無損檢測工作。我們以航空工業中的飛機機身復合材料與膠接結構的在役無損檢測為例,介紹復合材料與膠接結構綜合檢測儀的應用。


    在現代航空制造領域中,復合材料已逐步替代常規金屬材料,成為飛機制造中的主要材料。例如,波音公司的波音787飛機上的復合材料的用量已經達到了50%,如圖10所示。其機身和機翼部位采用碳纖維增強層壓復合板代替了鋁合金板;發動機短艙、水平尾翼和垂直尾翼、舵面、翼尖等部位均采用了碳纖維增強夾芯板結構;機身與機翼銜接處的整流蒙皮采用玻璃纖維增強復合材料[5]。隨著復合材料在飛機制造中的大量應用,復合材料的無損檢測工作也逐步成為重點,傳統的單一檢測方法已經無法滿足日益復雜的復合材料及復合膠接結構的檢測要求。常用復合材料與膠接結構缺陷類型如圖11、圖12所示,表1給出了針對蜂窩膠接結構的常用外場檢測方法性能比較,可見每種檢測方法都有其優點與缺點,一種檢測方法無法檢測出所有缺陷。

 


圖10 波音787飛機復合材料的應用

 

 

 

圖11 復合蜂窩膠接板受到沖擊后可能產生的缺陷示意圖

 

 

 

 


 
圖12 復合材料層壓膠接板缺陷示意圖

 

 

表1  超聲、聲阻抗、聲諧振、定距發射/接收檢測的比較

 

    SMART-6000復合材料綜合檢測儀的研制成功解決了這一檢測難題。它將當今幾乎所有的已經成熟的復合材料與膠接結構檢測方法集成在一起,檢測人員可以方便地根據具體檢測對象選擇適合的檢測方法,或者對同一檢測對象用不同的檢測方法進行檢測,通過多種檢測方法得到的檢測結果可以進行數據融合,綜合分析,相互驗證,從而得出更加完整的評估結論,大大提高了檢測效率與檢測精度。

江西时时彩专家计划 彩彩网游戏 公安系统关系好干什么赚钱6 收购松果赚钱吗 辽宁快乐12开奖结果今天 捕鱼高手2 捕鱼生涯破解版 种植药玫瑰花赚钱吗 新快3吉林 宝马游戏手机网站 外国人翻唱《我赚钱了》 普洱市彩票大奖 趣游戏的纸牌2048怎么赚钱 生态环境建设 赚钱吗 深海捕鱼下载排名 4.0的整合式消费赚钱吗 大乐透5十2准确预测