CFRP复合材料层板缺陷的红外热波成像检测方法

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成像无损检测的发展.     

先进无损检测技术在复合材料缺陷检测中的应用

针对飞机复合材料构件全生命周期无损检测问题,介绍喷水超声C扫描技术、相控阵超声技术、空气耦合超声技术、激光超声技术和红外热成像技术在复合材料检测中的最新应用.研制大型喷水超声C扫描系统和新型超声、红外检测系统并开展试验研究,采用喷水超声方法,实现了蜂窝夹芯复合材料构件的C扫描检测;采用相控阵超声检测方法,实现了碳纤维复合材料R角检测;采用空气耦合超声方法,实现了蜂窝夹芯复合材料检测和PMMA板的导波检测;采用激光超声方法,实现了碳纤维复合材料分层检测;采用红外热成像方法,实现了蜂窝夹芯复合材料结构检测.研究表明,提出的超声、红外检测技术可以用于飞机复合材料构件全生命周期的大型结构检测、复杂结构检测、非接触检测、高精度检测和外场快速检测.     

复合材料夹芯结构的数字化敲击检测技术研究

从复合材料夹芯结构的无损检测需求出发,简述了基于敲击力时间判据的数字化敲击检测技术原理,介绍了便携式数字化敲击检测成像系统的设计过程,针对不同结构类型和不同损伤尺寸的夹芯结构试件开展了敲击检测试验验证,并对检测结果进行了讨论和分析。试验证明数字化敲击检测技术能够有效检测蜂窝夹芯结构和泡沫夹芯结构中的分层和脱粘缺陷。     

CFRP网格面板蜂窝夹芯结构锁相红外检测方法

依据CFRP网格面板蜂窝夹芯结构、成型工艺、使用环境,以有效检测其内部脱粘、分层、纤维断裂缺陷为目标,设计并制作了含有典型缺陷试块,通过试验确定了锁相红外热成像检测的锁相周期、锁相频率等检测参数,建立了锁相红外热成像检测方法。试验表明:该方法能够有效的检测并分别出CFRP网格面板蜂窝夹芯结构中的脱粘缺陷、分层缺陷、纤维断裂。     

复合材料帽型结构热压共固化成型质量研究

在共固化工艺条件下,采用不同结构芯模制备了复合材料帽型加筋构件。基于超声相控阵无损检测技术,分别开展了帽型结构不同部位成型质量检测与分析。针对帽型构件帽顶处的表面形状利用相控阵B扫进行了表征;通过闸门定位技术检测了帽边成型精度;查明了帽型结构卧边和蒙皮结合界面质量与超声衰减系数间的关联规律,提出了利用超声衰减系数表征共固化成型界面质量的量化模型。同时,在无损检测基础上,结合显微金相分析,对超声相控阵检测结果从微观的角度进行了验证,最终确定Φ12mm孔硅橡胶芯模为该工艺条件下的最佳芯模结构。     

蜂窝夹芯结构的无损检测技术

NOMEX蜂窝复合材料中常见的缺陷有面板与芯材脱粘、面板分层、蜂窝芯内夹杂、蜂窝芯材褶皱、蜂窝芯节点开裂等。而对于这些缺陷,很难采用一种检测方法进行全面、有效的检测。因此,本文将针对NOMEX复合材料蜂窝结构中不同缺陷类型,开展各种无损检测方法比对分析的综合研究。     

连续加热条件下的红外热波无损检测试验研究

作为一种全新的复合材料损伤检测技术手段,红外热波无损检测在飞机复合材料检测与分析中的应用已日趋广泛. 红外热波无损检测基于物体的热辐射特性,通过红外热像仪记录材料表面温度场因内部损伤与基体材料的不同热特性所导致的不同变化过程,再由其对应的红外特征图谱来判别材料的内部损伤.     

复合材料蜂窝夹芯构件胶接质量的超声检测

用超声透射法对复合材料蜂窝夹芯构件进行了检测试验,分析了在检测过程中板波传播的基本特点,并对检测部位进行了解剖验证。试验发现当粘合胶分布不均匀或产生脱胶现象时,会使透射的超声信号幅值降低,据此规律可对复合材料蜂窝构件的胶接质量进行无损检测。     

复合材料胶接缺陷的红外热像检测

简要介绍了红外热像的检测原理，并用红外热像方法对铝蜂窝铝蒙皮复合材料较易出现的胶接缺陷进行检测，结果表明红外热像方法是检测复合材料胶接缺陷的快速、有效方法。不同性质缺陷的最佳检测时间不同，对于铝蜂窝铝蒙皮结构复合材料蒙皮的各种脱粘缺陷，检测速度都高于每分钟两屏。实现被检工件快速、方便、自动化的加热方式，加热源和热像头的同步自动扫查以及智能化地识别各种缺陷是今后红外热像检测发展的重要方向。     

热障涂层无损检测技术进展

热障涂层(TBC)是航空航天发动机涡轮叶片的主要防护材料,对其进行表面裂纹缺陷和界面脱粘缺陷的无损检测具有重大意义.对热障涂层的传统检测方法(如渗透检测、涡流检测、超声或超声显微检测等),以及新型红外热成像方法在内的无损检测方法进行了介绍和归纳,重点介绍了光激励、涡流激励和超声激励3种主动式红外热成像无损检测技术.其中,对激光扫描热成像法进行了详细介绍,该方法具有非接触、操作简单、灵敏度高、全场范围内检测快速的优点,能够实现宽度为10μm以上的裂纹和直径为1mm以上脱粘缺陷的无损检测;透射式涡流热成像具有识别小于1mm脱粘缺陷的能力.     

陶瓷基复合材料单纤维拔出力学分析

建立了考虑界面滑动摩擦的复合材料单纤维拔出力学模型,得到了包含泊松效应影响的基体轴向应力、纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.针对SiC/RBSN陶瓷基复合材料,在部分脱粘/滑移和完全粘结情况下,对纤维、基体、界面的应力分布进行了分析.计算结果与有限元计算结果相比,具有较好的一致性.结果表明:纤维百分含量的变化能够改变界面发生脱粘/滑移失效点的位置;界面发生脱粘/滑移后的脱粘扩展比界面完全粘结的脱粘扩展更容易发生;不考虑热不匹配的影响,仅通过增加界面摩擦系数不能使应力重分布发生很大变化.      

复合材料胶接损伤的指数监测方法

为了监测复合材料胶接损伤,基于主动Lamb波和时频分析,提出了一种复合材料损伤监测的指数法。通过对Lamb波信号进行时频分析,提取波形包络。通过计算得到损伤散射信号,选取对损伤敏感的直达波波包,将此波包在结构出现损伤后的能量变化值与损伤前的能量之比作为损伤指示。该方法不用选择特定的Lamb波模式,解决了Lamb波在复合材料结构中存在的频散、多模式及模式转换给信号分析带来的困难。同时在复合材料胶接的损伤演化试验中,对该方法进行了应用验证研究。结果表明:该方法可以用于复合材料胶接损伤的定性和定量分析。     

单向C/SiC复合材料热残余应力数值模拟研究

连续纤维增韧陶瓷基复合材料制备过程中因纤维与基体线胀系数失配会产生热残余应力,从而导致纤维脱粘、基体开裂等现象,严重影响复合材料力学性能。本文针对CVI工艺制备的单向C/SiC复合材料,建立"纤维-界面-基体"单胞物理模型,基于细观力学分析方法对热残余应力分布规律进行预测,采用ABAQUS对材料制备过程进行数值模拟,揭示了界面厚度、纤维体积分数、制备温度等参数对纤维、基体热残余应力分布的影响规律,分析了热残余应力对复合材料力学性能的影响。研究结果能够为C/SiC复合材料的设计、分析及微纳力学性能试验提供理论支持。     

单向陶瓷基复合材料单轴拉伸强度研究

采用细观力学方法对单向纤维增强陶瓷基复合材料单轴拉伸强度进行研究.采用剪滞模型描述复合材料出现损伤后的细观应力场,结合基体随机开裂模型、断裂力学界面脱黏准则确定基体裂纹间距及界面脱黏长度.当基体裂纹达到饱和后,假设纤维强度服从威布尔分布,完好纤维和断裂纤维承载满足总体载荷承担法则,采用纤维随机失效模型确定继续加载过程中纤维断裂概率及断裂位置,当纤维承载达到最大时,复合材料失效.讨论了基体威布尔模量和特征强度、纤维/基体界面剪应力和界面脱黏能、纤维威布尔模量和特征强度对纤维失效,进而对复合材料拉伸失效强度的影响.与试验数据对比表明:提出的模型是有效的.      

界面相对3D-C/SiC复合材料热膨胀性能的影响

利用减压化学气相浸渗（LPCVI）技术制备了3D C/SiC复合材料,从热解碳（PyC）界面相厚度对界面结合强度和热应力的影响出发,研究了界面相对复合材料热膨胀性能的影响。结果表明:①界面相厚度对3D C/SiC复合材料热膨胀性能的影响主要归因于其对界面结合强度和脱黏面上的滑移阻力的影响。在一定厚度范围（约70～220nm）内,材料的热膨胀系数随热解碳厚度的增加而逐渐降低;②热处理可提高材料的热稳定性,并通过改变材料内部结构,使热应力重新分布,对复合材料的高温热膨胀产生显著影响,但是,并没有改变基体裂纹的愈合温度（900℃）。     

Effect of interface debonding on matrix multicracking evolution of fiber-reinfroced ceramic-matrix composites

An analytical methodology was developed to investigate the effect of fiber/matrix interface debonding on matrix multicracking evolution of fiber-reinforced CMCs(ceramic-matrix composites). The Budiansky-Hutchinson-Evans shear-lag model was adopted to analyse the micro-stress field of the damaged composites. The critical matrix strain energy criterion, which presupposes the existence of an ultimate or critical matrix strain energy with matrix, was obtained to simulate the matrix multicracking evolution of CMCs. With the increase of the applied stress, the matrix multicracking and fiber/matrix interface debonding occurred to dissipate the additional energy entered into the composites. The fiber/matrix interface debonded length under matrix multicracking evolution was obtained by treating the interface debonding as a particular crack propagation problem. The conditions for no-debonding and debonding during the evolution of matrix multicracking were discussed in terms of two interfacial properties, i.e., the interface shear stress and interface debonded toughness. When the fiber/matrix interface was bonded, the matrix multicracking evolution was much more intense compared with the interface debonding; when the fiber/matrix interface was debonded, the matrix crack density increased with the increasing of interface shear stress and interface debonded energy. The theoretical results were compared with experimental data of unidirectional SiC/CAS(calcium alumina silicate), SiC/CAS-Ⅱ and SiC/borosilicate composites.      

浅谈陶瓷基复合材料无损检测方法及其进展

陶瓷基复合材料由于其具有耐高温、密度低、抗氧化性好等多种优良特性目前已广泛地应用于航空航天领域。采用无损检测方法对陶瓷基复合材料进行相关检测对保证材料产品质量以及提高产品使用的可靠性等都具有重要意义。综述了陶瓷基复合材料无损检测发展现状,阐述了太赫兹、X射线、工业CT、红外热成像、超声波及声发射技术等常用陶瓷基复合材料检测手段的原理并介绍了其在陶瓷基复合材料无损检测方面的应用实例。     

热障涂层界面脱粘缺陷的脉冲红外热成像检测

针对热障涂层界面脱粘缺陷的无损检测问题，首先制备了一种导热过程更加接近真实缺陷，且尺寸可控的人工模拟脱粘缺陷试样；在此基础上，采用脉冲红外热成像检测技术对人工脱粘缺陷进行检测，分析了涂层界面脱粘区和非脱粘区的表面温度瞬态响应过程；以图像标准差（SD）和归一化对比度（NC）作为评价标准，定量对比了脉冲相位法、主成分分析和表面热信号重构3种典型的热图重构方法在脱粘缺陷识别中的作用。结果表明，对400 μm厚的YSZ热障涂层，原始热图中可识别最小直径为4 mm的脱粘缺陷，而3种重构热图中均可识别最小直径为2 mm的界面脱粘缺陷，3种重构算法均显著提高了界面脱粘缺陷的识别能力，其中以表面热信号重构算法对图像的噪声抑制能力最强。     

红外热像仪作用距离现场检测装置的研究

针对目前红外热像仪现场性能检测手段的不足,设计一套便携式红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)检测装置,首先现场测量出红外热像仪的MRTD,再由大气透过率模型计算得到目标的表观温差,最后通过Johnson准则分析计算得到红外热像仪探测或识别目标的能力.试验结果表明该方法准确可行,可用于各类红外热像仪作用距离的检测.     

基于红外热像技术的涡轮叶片损伤评价研究进展

主动红外热像技术作为一种新型无损检测手段,具有高效率、无污染、易操作等特点,适合用于材料表面和近表面缺陷检测,因此在叶片类薄壁零件损伤评价方面有一定优势。当前基于主动红外热像无损检测技术的高温涡轮叶片损伤评价研究主要集中于热障涂层厚度检测、涂层脱粘检测、涂层界面处热生长氧化物检测以及叶片基体疲劳裂纹检测4个方面。但现有研究仍然面临热激励理论不完善、红外热像仪识别精度不够高以及热图处理方法有待改进等主要问题和困难。随着这些理论问题和技术困难的解决,主动红外热像技术呈现出人工识别缺陷向自动识别发展、定性检测向定量检测发展的趋势。总体而言,该技术未来在涡轮叶片损伤评价方面具有较大的应用潜力。