基于无损检测的复合材料结构外场损伤特点分析.pdf

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1、基于无损检测的复合材料结构外场损伤特点分析AnalysisofCompositeStructureDamageCharacteristicsBasedonNDT一张波李曙林／空军工程大学工程学院对某型飞机复合材料结构外场损伤特点和典型的损伤形式进行了由此可见，虽然复合材料存在多种分析．为复合材料结构修理容限的研究提供了依据。损伤形式，但是外场损伤的典型形式是分层损伤，它对飞机复合材料结构构成—砭机复合材料结构修理容限的含义检测结果的威胁最大。、●是构件的缺陷或损伤修与不修、经过检测发现上述复合材料结构共2．损伤位置统计能修与不能修的界限。其实质是结构可存在101处不同程度

2、和形式的损伤，损从直观上看，虽然各结构标记的损修性的界限，通常与修理人员、设备和伤状况比较复杂。根据各结构编号统计伤位置具有一定的随机性，但经过统计工艺紧密联系。目前，外场复合材料的各部位损伤情况如表l所示。分析发现其分布仍有一定的规律。结构修理中出现的一个突出问题就是修为了研究复合材料结构外场损伤的(1)分层损伤集中于壁板或孔的理容限不明确，严重影响了结构修理措特点，下面从损伤形式、损伤位置、损边缘部位施的制定，制约了外场复合材料结构维伤厚度和损伤形状四个方面对无损检测在机翼右上翼面检测到的22处损护的水平。本文通过对飞机复合材料结的结果进行统计分析。伤中共有16处分布

3、在机翼的前缘和后缘构外场损伤特点和典型的损伤形式的分1．损伤形式统计(前缘9处，后缘7处)，3处分布在复析，为复合材料结构修理容限的研究提在检测到的101处损伤中，除在机合材料壁板第一纵墙的开口边缘，两者供依据。翼左下翼面第三长桁的立筋处发现一处合计共占此结构损伤的86．4％；机翼左脱粘，在机翼右下翼面第十长桁发现两上翼面的2l处损伤中有13处分布在翼面检测部位及内容处角片底边脱粘外，其余98处损伤的形边缘(前缘lo处，后缘3处)，3处分布利用某型便携式超声检测仪，对飞式均为分层。分层占损伤的比例高达在壁板开口边缘，两者合计共占此结构机机翼的左右上翼面、左右下翼面，水97

4、％，统计结果如图I所示。损伤的76．2％。平尾翼左右上翼面，左右下翼面，两垂(2)机械连接处的分层损伤较严重尾的左右侧翼面等采用了复合材料结构机械连接的紧固件主要有销钉、螺的部位进行无损检测。钉、铆钉和螺栓，有特殊连接要求的部为了便于统计分析和对比，在检位则采用特殊紧固件。该飞机采用的铆测前对上述被检测的翼面结构从l到12钉有钛合金实心铆钉和抽芯铆钉等，螺依次进行编号，并对检测出的损伤也逐栓主要有钛合金凸头螺栓和高锁螺栓。一进行编号，然后根据损伤编号详细记检测中在铆钉或螺栓的连接处共发录了该损伤出现的具体位置、损伤位置图1损伤种类统计现40处损伤，在复合材料板厚度变化处的

5、结构形式及其与周围结构的连接形表1损伤检测结果式、损伤的面积、损伤的形状以及损伤出现的厚度(相对层合板的上表面)等情况。_亚衄啊空篓偿与工量l65AVIATIONMAtNTENANCEENGINEERING&l发现6处损伤。损伤分布位置的具体情况如图2所示。图2损伤位置统计研究发现，在普通铆钉连接处复合材料层压板孔内壁及表面层的损伤较严重，而采用抽芯铆钉的部位层压板开裂现象较少，因此普通铆钉连接处应是检查维护的重点部位。3．损伤厚度统计用分层出现位置的铺层数与层压板总铺层数的比值来表示分层损伤在层压结构中出现的厚度，对98处损伤进行统计的具体结果如表2所示。从表中可知，分

6、层位置发生在l／2厚度以内的损伤数目总计为85处，占分层损伤总数的84．2％。因此，靠近层合板表面位置的分层损伤是外场使用过程中主要的损伤形式。4．损伤形状统计为统计分析损伤形状，将损伤的短轴和长轴的数值分别作为X坐标年'lly坐标绘成散点图，如图3所示。图中的三条直线分别为y--x，y=3x和y=5x，经计算，损伤长宽比的值分布在)，可至y=3坡：间的概率为75．8％，分布在y可至y=Sx之间的概率为93．1％。由此可见，分层损伤的长轴和短轴的比值大都大于1，分层损伤的形状基本为狭长形状。图5损伤长宽比分布检测结果分析上述统计结果表明：(1)分层损伤在外场损伤中所占比例

7、大于90％，因此分层是复合材料结构外场损伤的典型损伤形式。(2)80％以上的分层损伤的损伤厚度在层压板厚度的1／2以内，属于浅表面分层损伤。所以对浅表面分层情况下复合材料结构修理容限的确定应是研究的重点。(3)长宽比在1—5之间的分层损伤高达90％以上，即分层形状大都为狭长形。所以在建立修理容限的损伤模型时，将损伤区域简化为椭圆形更为合理。所以，可以应用浅表面分层屈曲模型计算复合材料结构修理容限的下限。将任意形状的浅表面分层简化成四边简支或两加载边简支情况下的椭圆分层子板的屈曲，通过分层子板屈曲的临界载荷与实际使用载荷的比较来