曲面构件水浸超声检测缺陷定量研究

受曲界面影响,超声波在曲面构件中传播时声束聚焦、散射特性增强,声能量出现汇聚与分散现象,造成缺陷定量困难。针对试块对比法等传统手段检测成本高及适应性较弱的问题,研究了基于超声测量模型的曲面构件缺陷定量方法。以脉冲激励方式下的超声波多元高斯声束模型和缺陷散射模型为基础,建立了曲面构件水浸超声测量模型,并对凸、凹两种曲面试块内的缺陷回波进行了模型有效性验证。以平底孔缺陷为例,基于该模型建立了曲面构件缺陷定量表征曲线,通过仿真研究了声束在曲面构件中的聚焦和散射特性,分析了相对缺陷波高随曲率半径、缺陷深度和缺陷尺寸的变化规律,并通过预测相对缺陷波高进行缺陷定量。以钢制曲面试块水浸超声检测为例进行了缺陷定量应用实验,模型预测与实验结果比较,相对缺陷波高预测误差小于1.2dB,缺陷大小定量误差不大于8.7%,表明这种方法可行,为曲面构件水浸超声检测时的缺陷定量提供了一种简便有效的途径。     

先进复合材料的无损检测

综合分析了碳纤维复合材料构件在成型和使用过程中造成的缺陷及损伤产生的原因,指出成型工艺原理和理论的非完美性、原材料因素、人为因素是复合材料成型过程中缺陷产生的主要原因。采用无损探伤技术对缺陷进行检测是复合材料构件质量保证的必要手段。对目前国内外用于复合材料构件的几种无损探伤方法进行了比较,认为超声法是复合材料常见缺陷检测的一种有效手段。并对超声检测技术的研究和应用进展进行了介绍。     

复合材料构件分层缺陷的概率分析方法与群子理论模型

针对复合材料热压罐工艺中最易出现的分层缺陷,提出并建立了复合材料构件分层缺陷的概率分析方法与群子理论模型,并分别利用这两种方法对不同构形复合材料构件分层缺陷进行了评价,求得了不同构形复合材料构件分层相对可接受率与反映分层面积倾向性的群子参数。结果表明,两种统计方法对分层缺陷的评价结果一致性较好,构形复杂的复合材料构件产生大分层的倾向性增大且分层相对可接受率较低。     

纤维增强复合材料钻削分层的研磨检测

复合材料钻削分层缺陷是影响复合材料构件后续加工质量和效率的关键因素之一,针对该问题,设计不同钻深孔的分层缺陷产生与检测实验,揭示分层产生及演变历程。获得了孔出口三维分层形貌,分析了分层缺陷动态变化及影响。     

考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法

为了将表面加工状态引入零构件概率寿命分析中,提出并建立了考虑表面加工缺陷的轮盘疲劳寿命分析方法。将孔的表面加工缺陷简化为表面裂纹和/或角裂纹,导出裂纹深度密度函数;借助裂纹应力强度因子经验公式及有限元分析,提出轮盘孔边裂纹应力强度因子计算的推广经验公式方法。建立了3种考虑表面缺陷尺度分布时轮盘概率寿命计算方法。以钛合金盘为例,在获得的表面缺陷分布条件下,计算了给定寿命的轮盘疲劳寿命失效概率及故障率。仿真结果表明:采用该方法可以将表面加工缺陷对疲劳寿命的影响引入构件寿命评估体系。     

变角度铺丝构件内嵌缺陷精确定位算法

采用自动纤维铺放技术生产变角度铺丝构件时,在通过平移参考路径方法获得完整铺层过程中剪丝操作将导致构件中产生间隙、重叠形式的内嵌缺陷。将参考路径设计为更具通用性和设计自由度的B样条曲线。针对开边柱面铺丝构件,通过延长参考路径、丝束等距、丝带平移、丝束剪断、缺陷定位步骤,提出了不同剪断策略下的内嵌缺陷精确定位算法,该算法适用于任意覆盖参数。最后开发了相应Matlab程序验证算法的有效性,并可视化铺丝构件中内嵌缺陷的分布情况。结果表明算法可以精确确定不同覆盖参数下内嵌缺陷的位置,可为后续有限元精细模型建立提供理论依据。     

飞机铆接构件PRFECT探头的线圈夹角影响

远场涡流检测技术不受集肤效应影响,对金属铆接构件隐藏缺陷检测具有巨大优势。针对飞机金属铆接构件的远场涡流检测,建立了铆接构件隐藏缺陷检测三维模型,分析不同屏蔽阻尼材料及组合方式的屏蔽性能,采用激励线圈与检测线圈均环绕铆钉旋转的检测方法,对比激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为90°、135°和180°时缺陷检测灵敏度,研究不同缺陷尺寸检测信号特征。仿真与试验结果表明：当屏蔽阻尼为铝+铜时具有最佳屏蔽性能,且远场区距离激励线圈中心最近;当激励线圈和检测线圈间距为30 mm时,激励线圈-铆钉-检测线圈夹角为180°时检测效果最佳;优化后的探头可检测埋深为6 mm、长×宽×深尺寸为5 mm×0.2 mm×1 mm的铆接构件隐藏缺陷,缺陷信号幅值与其体积当量关系相对应,且随缺陷长度及深度的增加呈上升趋势。     

气孔缺陷对TA15 钛合金氩弧焊接头疲劳性能的影响

对TA15钛合金氩弧焊接接头的组织和疲劳断裂特征进行了分析,对气孔缺陷和疲劳寿命的关系进行了定量表征.结果表明:疲劳裂纹起源于焊缝的亚表面或者内部气孔缺陷,当气孔尺寸较小时,断口会出现“鱼眼”形貌特征;应力水平较低时,气孔尺寸对疲劳寿命的影响尤为显著,在特定的应力水平下,可以通过构件中的气孔缺陷尺寸来预测其寿命,对于焊接结构疲劳寿命的预测和构件焊接质量的评定具有重要的工程意义.     

可靠性设计中材料屈服极限的最佳选择

根据航空发动机结构完整性大纲, 对于断裂关键件必须进行损伤容限设计分析。由于材料缺陷, 加工缺陷或疲劳引起裂纹的扩展, 都会导致构件断裂, 为此要求在有缺陷(裂纹)的情况下, 构件应能保持足够的损伤容限, 这主要靠正确选用材料, 控制应力水平, 采用抗断裂结构, 控制加工精度及采用可靠的检查方法来实现。      

航空复材构件R区相控阵超声检测研究进展

航空碳钎维增强树脂基复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)构件通常具有几何形状复杂的R区结构,提高该区域缺陷检测质量对于保证航空构件的承载性能至关重要。本文结合声学建模及声传播规律仿真分析,确认了CFRP构件R区同时存在叠层、曲面及弹性各向异性3方面特点,导致超声波垂直入射难、声传播路径扭折、结构噪声强和声耦合效果差等问题。基于相控阵超声检测(Phased Array Ultrasonic Testing,PAUT)技术,针对R区尤其是变厚度、变曲率和变角度情况下缺陷检测难题,重点综述了换能器研发、基于信号后处理的超声成像、固体柔性耦合介质及辅助工装研发等方面的研究进展,分析了当前研究存在的主要问题及未来发展方向。