国外航空复合材料无损检测技术的新进展.pdf
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1、,甘,附介绍了国外航空复合材料无损检侧技术的最新进展,包括超声、射线、剪切散斑成像、微波、热成像、声发射以及其他新技术,并指出了航空复合材料无损检测的发展趋势。国外航空复合材料无损检测技术的新进展齐共金雷洪耿荣生景鹏北京航空工程技术研究中心随着航空技术的进步,复合材料广泛用于飞机操纵面、雷达罩和结构承力件。航空复合材料通常为轻质高强的蜂窝夹层或粘结结构,可以显著提高飞机性能。在飞机服役过程中,复合材料构件受静载荷、冲击、疲劳、腐蚀和辐射等各种因素影响,容易产生损伤缺陷,如裂纹、脱粘、分层、碎芯和积水等,严重影响飞机的性能和结构完整性。所以,必须对飞机复合材料进行无损检测,这项工作非常重要,也是
2、近年来无损检测领域的研究热点之一。航空复合材料结构复杂,呈现各向异性,给无损检测带来很大困难。本文结合典型的应用实例,综述近年来国外航空复合材料无损检测技术的最新进展,为国内无损检测人员提供借鉴。航空复合材料无损检测技术及应用超声检测技术空气藕合超声扫描超声技术是最早用于复合材料无损评价的方法之一。在美国联邦航空局的资助下,衣阿华州立大学中心采用空气祸合超声一技术对蜂窝夹层结构复合材料操纵面等部件进行现场检测,涉及空客、波音、一。和“黑鹰”直升机等多种机型。图为刁型便携式一系统对“黑鹰”直升机螺旋桨叶片进行原位检测,其中右图显示叶片存在两处冲击损伤缺陷。此外,且设备体积小。相控阵列以及导波器是
3、这些新技术之一,同时对专用的缺陷尺寸测定的技术创寄是重点。虽然 自动化及数字化将减少操作人员的主观性,对操作人员的培训尽管不是主导因素,但将继续是约束因素之一,更多的年轻人将成为无损检验人员,因为目前检验人员的平均年龄太高。将出现一些更先进的培训技术如独立的学习以及专门定制的培训,不过这些办法能否代替手把手的培训如教室内培训,仍值得怀疑。舫空维价与工程口的芍二十年后的趋势对年后的预测只能是一种猜想。年的许多技术可能目前尚无法设想更说不上开发。但是可预见到类似的应用划分范围制造业及服务业,特别是有些专门的应用,如国防业。可能出现的总的应用趋势是数字化的无损检验将占主导。一些主要的传统无损检验技术
4、仍将占主导,但间啃 巷有些技术上的仓惭。大型无损检验公司将占主导,但仍将出现一些小的有新技术的小型无损检验制造商。无损检验的市场将是相对分散的,主要是由于应用的多样性。新材料及各种专用的无损检验市场应增长而不是下降。重点将继续是新材料而不只是航空航天。有人指出一个现实的问题是,像光子湮浸法这种实验室的奇异检验之类的方法能否用来检验预先开裂或人们永远只停留在用现有的一些检验手段口洲试技术图黑鹰”直升机螺旋桨叶片的一检测他们开发了低成本软件和硬件构成的手动通用型空气祸合超声扫描 系统,可以兼容其他仪器如裂纹检测仪,提高复合材料检测效率。韩国研究人员和美国衣阿华州立大学合作,利用机械式一系统对碳碳复
5、合材料刹车盘进行扫描成像,检测内部结构的均匀性,效果很好 他们还探讨了非接触和接触超声技术测量碳碳复合材料超声波传播速度的可行性。美国研究人员按照波音公司维修手册的补片技术对碳环氧复合材料板进行修补,利用商业一扫描系统对修补质量进行检测,可以清晰显示缺陷位置和尺寸,测试结果与实际情况吻合很好。空气藕合超声扫描系统采用压电陶瓷型一,换能器和非机械编码系统,具有易操作、非接触、无需祸合剂、无污染、效率高、成本低等特点,手动扫描适于飞机复合材料结构外场检测。复合材料结构复杂,对超声波散射强烈,信号衰减大,影响成像质量,改进扫描方式和数据处理技术后可进一步提高图像分辨率。兰姆波层析成像随着传感器技术的
6、进步,结构健康监控系统逐渐发展起来,进行早期检测,减少维护成本并提高安全性。印度马德拉斯工业 大学开发 了一种基于智能 柔性压电传 感器阵列 的系统,用兰姆波对多层 各 向异性碳纤维和玻璃纤维复合 材料板进行连续快速检测。以副翼隔框和 多层复合材料板为例,采用迭代层析成像重建算法,可精确定位冲击损伤和椭圆孔等缺陷。此外,他们还用传统的超声扫描作对比,其结果不如兰姆波层析成像好。射线检测技术蜂窝夹层复合材料操纵面容易吸潮积水,影响粘结强度并引起结构失效。加拿大航空器研究部门采用中子射线和射线技术检测飞机操纵面 内部积水。由于水中氢元素的特征衰减,中子射线检测技术对微量积水很敏感当蜂窝单胞内进水后
7、密度增加,引起射线衰减,所以射线可以检测蜂窝单胞内的积水。德国不来梅应用波束技术研究所对铝蜂窝复合材料缺陷进行射线成像,清晰显示蜂窝 的贯穿型损伤缺陷如图左图。美国陆军研究实验室对复合材料制造和冲击损伤缺陷 如隔框分层、孔线检测,发现玻璃纤维复合材料蒙皮与蜂窝芯界面存在多处亚表面缺陷如图右图。文献中还对碳碳复合材料刹车盘进行射线检测成像,评价了复合材料沿厚度方向的均匀性。射线技术检测隐藏缺陷的可靠性高,图像分辨率高,而且能提供缺陷深度的信息。射线检测法的缺点是速度漫,成本高,设备体积大,不适合在线原位检测。此外,射线对人体有害。剪切散斑成像技术剪切散斑成像是一种基于激光干涉原理的光学检测技术。
8、捷克航空试验研究 所用一型便携式激光剪切散斑成像系统,对夹层结构全复合材料机翼碳纤维复合材料蒙皮一蜂窝结构进行健康监控和冲击缺陷检测。德国研究人员采用可移动剪切散斑成像技术成功检测机翼和机身整体结构件的蒙皮损伤、分层、析条脱粘等缺陷,图左图为蜂窝结构的贯穿型缺陷,右图为蜂窝夹层结构中的积水,但成像质量远不如射线图像 见图。美国研究人员也对蜂窝复合材料进行了激光剪切散斑成像,检测亚表面缺陷。剪切散斑成像技术操作简便,灵敏度高,无需祸合剂,成像准确且检测速度非常快,抗环境干扰能力强。但是图像分辨率低,无法区分不同深度的洞进行射线计算机层析成像检测,成像质量高,动态范围大,基于连续图像还 可重建 精
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