CFRP复合材料层板缺陷的红外热波成像检测方法

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1、钐论坛FORUMCFRP复合材料层板缺陷的红外热波成像检测方法王扬1。2，李科3，刘俊岩112(1．哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001；3．天津津航技术物理研究所，天津300192)[摘要】针对CFRP复合材料层板缺陷无损检测与评价的红外热波成像检测方法、热波信号处理、缺陷判定和识别及红外热波成像检测POD分析等进行了系统介绍，分析了各种红外热波成像检测方法的应用与优势、适用性及局限性等，重点介绍了红外热波成像方法应用于CFRP复合材料层板缺陷检测的应用实例，并进一步阐述了复合材料缺陷红外热波

2、成像无损检测的发展。关键词：复合材料；缺陷；红外热波成像；无损检测DOI：10．16080巧．issnl671—833x．2016．04．036王扬教授，博导，省刀具技术和模具制造技术协会副理事长。主要研究领域为激光加工技术，红外无损检测技术等。近几年承担国家“863”重点、国家自然科学基金等10余项科研课题。主编和参编教材4本，发表学术论文150余篇．30余篇被SCI和EI检索。t基金项目：面向CFRP层板缺陷及铺层方向的红外热波雷达成像检测关键技术研究(51173034)；机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学)自主研究课题；天津市科技支撑计划支持项目(13ZC

3、ZDGX00100o36航空制造技术·2016年第4期碳纤维复合材料是近几十年来发展迅速的一类新型材料，碳纤维和高性能树脂基体复合而成的碳纤维增强树脂基复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer，CFRP)是目前发展最成熟、应用最广泛的结构复合材料之一。CFRP具有比强度和比模量高、热膨胀系数小、疲劳特性、化学稳定性、耐蚀性、阻尼减震效果及抗蠕变性能好等优良性能⋯。碳纤维复合材料在航空航天、船舶、石油化工、汽车、风力发电及军事工业等领域已得到了广泛应用。在宇航工业领域，碳纤维复合材料可用作结构材料及功能隔热材料，如固体火箭发动机的壳体、喷管与连接部件

4、，卫星部件，天线、卫星及火箭的结合部件；在航天飞机与高超声速飞行器的机头、机翼前缘等需要进行隔热的关键区域，常采用抗氧化碳／碳、碳／碳化硅材料制作隔热瓦或隔热盖板【2l。在航空工业领域，碳纤维复合材料被用来制造飞机的主翼、尾翼和机体、方向舵、起落架、副翼、发动机舱、整流罩等13】。碳纤维复合材料可以减轻机身质量，提高了燃油经济性。目前，碳纤维复合材料在飞机上的用量和应用部位已成为飞机结构先进性的重要指标之一。CFRP层板与层合结构在制备过程中容易产生孑L隙或气泡缺陷、贫胶或富胶缺陷、夹杂缺陷及基体开裂等缺陷[4】，这些缺陷和损伤将严重影响碳纤维复合材料及其结构件的质量和性能

5、，极大地降低碳纤维复合材料构件的使用寿命。为了控制复合材料的质量，保证其使用性能，采用先进的无损检测方法或技术对复合材料层板缺陷进行高效、可靠、准确的检测与评价是非常必要的，并已成为碳纤维复合材料研究和应用中的一项关键技术。由于碳纤维复合材料在制备与使用过程中存在多种类型的缺陷，工程技术人员往往需要选用合适的无损检测技术对特定类型的缺陷进行检测，以保证碳纤维构件的使用安全，延长其使用寿命。在众多缺陷类型之中，层板缺陷是最为常见且对CFRP层板性能影响最大c唧⋯。№掘tru叭。矧哪埘删唰复合材料无损检测技术的缺陷类型之一。目前，在实际工程应用中，常规超声波检测技术、涡流检测技

6、术及x射线检测技术已用于CFRP复合材料层板缺陷的检测陋J。随着先进碳纤维复合材料的发展，对无损检测技术提出了更高要求。国外从20世纪70年代以来，针对先进复合材料的研究和应用开展了全方位无损检测技术研究，出现了许多新技术和新方法，为解决碳纤维复合材料无损检测和促进复合材料推广应用发挥了重要作用，如20世纪60年代后期出现的红外热波成像检测技术、基于物理波相干原理的激光全息干涉检测技术、激光超声检测技术等。随着图像处理和计算机技术的飞速发展，又出现了多种先进检测技术联合检测的趋势，如声发射一超声检测、超声一红外热像检测、激光电子剪切散斑一红外热波成像检测等联合方法检测技术等

7、【6】。目前，这些检测技术已应用到碳纤维复合材料制备、结构件成型及服役过程中产生缺陷或损伤的无损检测，已从初期检测方法探索发展到检测方法研究、信号处理技术、传感器技术、缺陷识别技术、成像显示技术、定量检测与评价及寿命预测等。红外热波成像检测技术作为一门新兴无损检测技术，已用于碳纤维复合材料的无损检测。该技术具有适用范围广、速度快、非接触、勿需耦合、直观、探测面积大及使用安全等优点，特别适用于整体结构的无损检测，为碳纤维复合材料内部缺陷及性能表征的无损检测提供了新方法和新途径。本文针对CFRP复合材料层板缺陷的红外热