增韧树脂基碳纤维复合材料结构无损检测技术研究

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1、增韧树脂基碳纤维复合材料结构无损检测技术研究NondestructiveTestingTechnolgyforToughenedCarbonFiberReinforcedResinComposites北京航空航天大学张博明叶金蕊周正干上海飞机制造有限公司刘卫平张冬梅刘奎于光周晖∥_+‰．．L。．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．：．：：．．．．．．．．．．__张博目t＆．*±±S日。￡ln女^自*￡§##目±、口”Ⅱt■＆■．$女§■目i，目m##《步#。mE

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3、台##■镕÷oⅣ±＆．±##￡m；±*1m■镕*日。目自”∞”★g￡☆##}■#镕目*m＆■＆$日R”Ⅲ目。机体结构的复合材料化程度是衡量飞机先进性的一个重要指标。近年来．碳纤维复合材料正被积极应用于制造大型飞机的主啦力结构，先进复台材料以其优异的性能，可以有效提高飞机的轻量化和78雠宅翻造技术·2010《第17Ⅻ在复合材料结构件制造过程中．缺陷无损检测(NDT：和质量无损评价(NDE)是必不可少的环节，并已经融入复台材料从研究到最终装机的全过程。高性能化水平。相关领域专家表示，飞机结构复合材料化是大势所趋．并将从根奉上改变飞机的结构设汁和制造传统。然而

4、．树脂基碳纤维复台材料是复杂的各项异性多相体系．其质量存在离散性．成型过程极其复杂．环境控制、制造T艺、运输以及操作等都可能在制造过程中产生缺艄；服役过程中在静载荷、机械损伤、疲劳、蠕变、过热等因素均会引起复合材料结构损伤。这些缺陷和损伤大大降低了结构使用寿命，甚至还可能给飞机结构造成灾难性的后果．闻此．缺陷无损检测(NDT)和质最尤损评价(NDE)是必不可少的环节．井已经融人复合材料从研究到敏终装机的全过程。枉近40年的复合材料无损检测研究中．人们尝试了很多无损检测技术和方法．超声梭删嗣具有灵敏度高、检测缺陷范围广、穿透能力强、检测效率高、操作简单等优

5、点fni成为应用最广泛的方法。当前复台材料超声无损检测的研究主要集中在3个方面：超声新技术、超声信号处理方法和均质体系的微观模割m对于超声波与复合材料内部各种小连续结构(气孔、分层、夹杂纤维～树脂界面等)相互作用的卢学物理特征并没有给予过多的关注超声新技术主要包括TOFD、卒气锅台、超声非线性、帽控阵技术肆”“。超声信号赴理方法致力于通过数’#手段，解决噪声抑静J的瓶颈F，1膻蜘信号平均技术”“、滤波技术1“⋯频谱分析”。、相关技术”“、神经H络方法”。。”1、时频分析(例如短时似^⋯变换”““’、Vigner—ViiiP分加”“⋯小波变换㈣、Hilbe

6、rt—HuarI一“”1变换等)。均质体系的微现{；!掣．如经典的M删in模型删．假世并质结构(姐孔隙)为规则球形n’F径相同，m2B％*，H2叫口1Ⅷ4#∞∞#■l镕}t目汁算出衰减与半径四次肯成正比．之后的『。作都是在此基础E对异质结构形状进行修正”。4”‘；这些方法虽然从细现R度八手，但蜂奉假设都是各向间性介质的卢学物理觇律，缺乏对复合材料自身结构的考虑。与传统的金属材料相比．复合材料具有声学准均匀性，即具有一定声敏感性的细观结构(如树脂纤维界面)使得超声时域波形存在稳定的结构噪声．在此噪声结构L，叠加纤维和树脂的衰减信息构成理想复台材料的奉征渡形

7、、由于引起复合材料的声衰减因索(树脂，纤维，孔隙，空洞．分层、添加剂“及各种界面)众多且衰减程度十分严重．斟此叠加r结掏噪声、衰减后的超声波声场作川于缺陷．得到反射信号，使得超声检测对下复合材料中缺陷的识别及定量受到了很大的阻碍。目前，在含缺陷碳纤维复合材料(CFIIP)超声衰减方面，周内外的相关研究建立了超声衰减与复合材料缺陷问的解析关系睁⋯．但模型仪局限于参数的获得．且井来考虑复台材料所禽缺陷的大小、足寸等镦观fi息．因此不具有普遍性：本蜾题制对“大飞机”可能应用的增韧树脂基碳纾维复合材料结构．开展了一系列无损检测研究，包括超声无损检测、射线无损检测

8、和红外无损掩测．并将所得检测结果进行对比．同时重点针对超声无掼检测缺陷识别进行理论研究和武验分析，井将所得结果与金相现察结粜对比，为复合材料无损检测技术作为大飞机盖键拄术之一的研党提供依据超声反射板法C一扫描检测方法与试样要想进一步推广树脂基复合材料枉航空大E机上的应用，必须克服其对冲击破坷、的敏感性．国外发选旧家竞剌发展研究了高韧性基傩碳纤维复台材料，仵预浸料制造过程中添加了化学物质，提高性能的同时也增加了榆测超声渡枉材料内部缺陷区域和正常区域反射．衰减和共振差异的难度航窄川复合材料捌件多数较薄，超声波在复台材料中的声袁较大，gI起的噪声和缺陷发射信号

9、的信噪比低．不易分辨。因此，奉课题针对拟应用于大飞机的增翱树脂基的碱纤维复合材抖