C／E复合梁超声波方法的研究 - 宇航材料工艺

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1、393120161108结构/阻尼一体化复合材料超声波检测方法吴时红，张颖，何双起，谭朝元，吴君豪（航天材料及工艺研究所，北京100076）文摘：采用超声脉冲穿透法和超声脉冲反射法相结合，对结构/阻尼一体化复合材料产品开展超声无损检测方法研究。研究结果表明，超声检测可有效检测出结构/阻尼一体化复合材料产品中复合材料中的分层缺陷和复合材料与阻尼材料间的脱粘缺陷。关键词超声检测，脱粘，复合材料，穿透法，反射法Ultrasonictestingmethodofstructure/dampingintegr

2、ativecompositesWUShihongZHANGYingHEShuangqiTANChaoyuanWUJunhao（AerospaceResearchInstituteofMaterialsandProcessingTechnology,Beijing100076）AbstractTheultrasonictestingtechniqueofstructure/dampingintegrativecompositeshasbeenstudiedinthispaper.Ithasbeenfo

3、undthatdelaminationdefectsinthecomposites and debondingdefectsbetweenthecompositesanddampinglayer couldbedetectedefficientlybypulseechotechniqueandtransmissiontechnique. Keywordsultrasonictesting,adhesion,composites,penetratingmethod,reflectingmethod0引

4、言结构/阻尼一体化复合材料技术已广泛应用于航空、航天、船舶、汽车等许多工业领域[1]。在航天产品中，为降低承载仪器的共振响应，避免产生噪声和疲劳破坏，提高精密仪器的可靠性和精度，国内外大量研究结构/阻尼一体化复合材料技术，开展结构/阻尼一体化复合材料承载部件研制，实现了承载结构的轻质化和高阻尼设计要求[2]。航天产品使用的结构/阻尼一体化复合材料多为“三明治式”复合结构，其基体一般为C/E、玻璃钢等复合材料，中间夹层为橡胶阻尼材料（图1），阻尼材料在基体预浸料铺层过程中按照设计要求铺放在产品中的指定

5、位置，并与基体一同经历加温加压共固化成型，成型制品中由于存在多个界面，加压过程中容易存在复合材料分层缺陷和复合材料与阻尼材料间的脱粘等影响产品使用性能的缺陷（图2、图3）。为满足航天产品高可靠要求，本文主要针对典型结构/阻尼一体化复合材料，开展超声检测方法研究，实现材料及制品中缺陷的有效检出[3-5]。阻尼材料复合材料图1结构/阻尼一体化复合材料结构示意图Fig.1Schematicofstructure/dampingintegrativecomposites脱粘图2复合材料分层缺陷图3产品脱粘缺

6、陷Fig.2DelaminationdefectsofFig.3debondingdefectsofproductcompositematerials1超声检测方法测定声学参量是进行超声检测研究的基础，为此，我们对复合材料和阻尼材料进行声阻抗的测量。声速测量原理：V＝L/T式中，V为超声波传播速度；L为被测材料长度；T为超声脉冲在试件中的传播时间。测量声速用的仪器：CTS-25型复合材料探伤仪；探头频率：50KHZ；校准时标：26μS。测量结果：C/E复合材料声速：2.41（×103m/s）；阻尼材

7、料声速：1.72（×103m/s）C/E复合材料密度1.55Kg/m3；Z=ρV＝3.7×106Kg/m2s；阻尼材料密度1.07Kg/m3；Z=ρV＝1.8×106Kg/m2s。通过对材料声阻抗的实际测量，可知结构/阻尼一体化复合材料中C/E复合材料与阻尼材料间存在较大差异。这使得在粘接良好区与脱粘区均有较大的界面反射波。粘接良好与脱粘缺陷通过界面信号难以分辨。结构/阻尼一体化复合材料结构的声学特点：（1）C/E复合材料基材是多层、非均质材料，具有较高的声衰减；（2）阻尼材料是以橡胶为主要原料的高

8、声衰减的弹性材料，且声衰减又具有较大的离散性；（3）C/E复合材料与阻尼材料声阻抗存在较大的差异。这些声学特点增加了结构/阻尼一体化复合材料超声检测的难度。阻尼/结构一体化复合材料由于结构、生产工艺等因素的影响，产品内部可能存在缺陷。主要是：（1）复合材料基材本身的缺陷：复合材料基材分层、类夹杂等缺陷；（2）复合材料与阻尼层间脱粘缺陷。为控制产品质量，要求对阻尼/结构一体化复合材料内部的两类缺陷进行无损检测。1.1复合材料基材缺陷的检测结构/阻尼一体化复合材料中复合材