复合材料雷击损伤超声成像检测

《复合材料雷击损伤超声成像检测》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、复合材料雷击损伤超声成像检测水EvaluationofLightningStrikeDamageinCompositesLaminatebyUsingUltrasonicImagingMethod中航复合材料有限责任公司刘松平刘菲菲王文贵南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室陆铭慧刘松平俄罗斯国立莫斯科大学理学博士．研究员．博士生导师．中航工业基础院首席专家．无损检测学会副理事长。Ⅸ无损检测》杂志副主编，中国复合材料性能测试与检测专业委员会秘书长．长期从事复合材料及焊接超声可视化成像无损检测技术的研究

2、与应用，发表论文90余篇。复合材料因其减重和卓越的综合性能和制造工艺优势，已经在飞机领域得到广泛应用，特别是在新型飞机设计研发中，复合材料装机用量已成为飞机先进性的重要标志和提升}国家自然基金(60727001、60572099)和无损检测技术教育部重点实验室基金项目(200929009)资助。26航空制造技术·2015年第7期针对碳纤维增强树脂基复合材料层压结构，设计制备了不同的复合材料层压结构试样，通过雷击模拟，对复合材料试样进行雷击冲击，然后，基于超声反射原理，利用高分辨率脉冲超声自动扫描成像检测

3、方法，揭示复合材料受到雷击后在复合材料试样中引起的损伤及行为特征。DOI：10．16080巧．issnl671-833x．2015．07．026市场竞争力的技术筹码。例如，波音787飞机复合材料用量达到结构重量的50％⋯。但一旦复合材料内部出现损伤时，可能会影响其力学性能和结构安全性。因此，一直以来，有不少的业内专家和学者在研究损伤对复合材料性能的影响1141。在众多的复合材料损伤中，雷击损伤是业内高度关注的一种损伤形式。一方面，由于复合材料自身不良的导电性，容易产生雷击损伤；另一方面，飞机在飞行过程中

4、，经常会遇到雷雨天气，不可避免地会受到雷电袭击，从而造成雷击损伤，严重时会影响到飞机的飞行安全。因此，复合材料雷击损伤的无损检测受到业内高度关注，先后有不少学者开展了复合材料雷击损伤的无损检测技术研究”’“。本文针对碳纤维增强树脂基复合材料层压结构，设计制备了不同的复合材料层压结构试样，通过雷击模拟，对复合材料试样进行雷击冲击，然后，基于超声反射原理，利用高分辨率脉冲超声自动扫描成像检测方法，揭示复合材料受到雷击后在复合材料试样中引起的损伤及行为特征。试样制备与试验方法1试样制备针对目前飞机上已经普遍采

5、用的碳纤维增强树脂基复合材料，设计制备了典型的复合材料层压结构试样，试样增强体为T700纤维，基体为BA9916环氧树脂，试样大小约150mrn×lOOmm，厚度约3mm，试样为多向铺层结构，采用热压罐成型工艺制造而成，试样表面未加任何雷击防护涂层。对设计制备好的复合材，E盯懦专稿图1雷击试验方法耦合介质入射到被检测复合材料试崮2趟声成像检i则万法2超声成像检测方法样中，在试样中形成入射声波ui，然超声成像检测是基于声波的传后，利用换能器接收来自试样中的超播行为，入射声波在复合材料内部传声反射回波“，，

6、经过超声单元进行前播，当在其传播路径上出现损伤或者置处理后，由信号处理单元将“，转缺陷时，则入射声波原来的传播行为换为数字信号。同时换能器在扫描会发生某些改变，这种变化与损伤区控制单元作用下，通过(工，Y，z)扫描的声学特性和几何特征等有关，如在机构驱动换能器对试样进行扫描，并损伤周围，入射声波将会产生反射。通过控制系统实时将对应每个检测理论上，入射声波在损伤区的反射可点位置信息传送到成像系统，将来自以近似表示为：换能器的超声检测信息和位置信息zf，=Ru，，(1)进行重构，形成成像信号，从而将对式中，

7、U，为人射声波在复合材料／损应的检测结果在显示单元实时显示。伤界面形成的反射声波，月为人射声通过选择超声扫描模式，实现对雷击波在复合材料／损伤界面的声压反试样超声C一扫描和B一扫描成像，从而揭示雷击在试样中形成的冲击损伤及其行为规律。由于所采用的超声检测系统的近表面盲区和纵向分辨率可达到单个复合材料厚度，约0．13mm。因此，即使雷击在试样表面和近表面产生的损伤也将能够非常清晰地再现出来。检测结果与分析1缺陷表征方法为了分析闪电在复合材料试样中引起的雷击损伤面积和分布特征，采用图3所示的缺陷表征方法：(

8、1)用￡：表示闪电在复合材料试样表面引起的雷击损伤在x方向的取向长度(即x方向投影长度)，工方向亦为复合材料试样的长度方向，用三：表示闪电在复合材料试样内部引起的雷击损伤在x方向的取向长度(即工方向投影长度)，x方向亦为复合材料试样的长度方向；(2)用工：表示闪电在复合材料试样表面引起的雷击损伤在Y方向的取向长度(即Y方向投影长度)，用E表示闪电在复合材料试样内部引起的雷击损伤在Y方向的取向长度，Y方向亦为复合材料试样的宽度方向。在同样的条