复合材料孔隙率超声衰减法检测技术研究进展及应用

介绍了近年来复合材料孔隙率超声检测研究现状和国内外采用超声衰减法测量孔隙率的理论模型、检测结果,并对各种模型进行对比和分析;论述了国内外各航空制造商的孔隙率超声衰减法检测的工程检测方法,对复合材料孔隙率超声衰减法检测技术的发展及应用提出了研究方向.     

结构/阻尼一体化复合材料超声波检测方法

采用超声脉冲穿透法和超声脉冲反射法相结合,对结构/阻尼一体化复合材料产品开展超声无损检测方法研究。研究结果表明,超声检测可有效检测出结构/阻尼一体化复合材料产品中复合材料中的分层缺陷和复合材料与阻尼材料间的脱粘缺陷。     

激光超声技术在无损检测中的应用

激光超声检测技术作为一种新兴的无损检测方法,以其非接触、点式检测及对复杂形状试件检测效率高等显著优势,逐渐进入了人们的视线。介绍激光超声技术的原理及优点,制作带预置缺陷的复合材料层压板试件,使用激光超声检测系统,分别采用穿透法和脉冲反射法两种手段对含有预置缺陷的复合材料层压板进行验证性检测,均能检出2mm的预置缺陷。通过与采用压电探头的传统超声检测系统的检测结果对比,表明激光超声检测系统可以达到和传统超声检测系统一致的检出率。     

聚合物基复合材料中孔隙率及层间剪切性能的实验表征

在不同固化压力条件下制作孔隙含量不同的层合板.将层合板进行超声C扫描以识别孔隙率分布不同的区域,然后再将孔隙率分布相对均匀的区域进行超声波二次穿透反射法检测以精确测量孔隙的含量,并取试样测量孔隙的体积含量和测试层间剪切性能(ILSS).结果表明,在孔隙率低于4%时,孔隙率与层间剪切性能基本成线性关系,并且孔隙率每增加1%,层间剪切性能约下降8%.从而建立起层合板中孔隙率与层间剪切性能的定量表征关系.     

超声波喷水穿透法在先进复合材料检测中的应用

介绍了超声波喷水穿透法的检测原理及自行研制的四轴自动超声波喷水穿透C扫描检测系统.利用该检测系统对包括平板试样件,大厚度模压件,以及筒形结构件等先进复合材料进行超声波喷水穿透法检测,结果表明该方法对先进复合材料中存在的孔隙、裂纹、脱粘和分层等缺陷能有效检出.     

复合材料紧固孔分层激光超声量化表征试验

提出解决飞机复合材料结构紧固孔分层检测问题的途径。基于激光超声技术,进行复合材料紧固孔分层的量化表征试验。制备碳纤维增强复合材料紧固孔试样,根据复合材料中激光超声的激发参量选取原则,利用材料受脉冲激光辐照作用产生的热弹效应激发超声波,提取表征紧固孔区域分层缺陷的超声信号;分析影响缺陷表征准确度的关键因素,发现脉冲激光光斑尺寸（直径1~5 mm）变化对紧固孔分层的表征不产生显著影响;基于穿透法和脉冲反射法进行激光超声C扫描检测,得到紧固孔区域分层缺陷的形状、尺寸和位置特征。研究结果表明,利用激光超声技术的非接触式激发、接收和高分辨力特点,可以准确测得紧固孔区域分层缺陷导致的波反射和衰减,有效表征飞机复合材料结构的紧固孔分层缺陷。     

基于频域参量的石英复合材料孔隙超声表征方法研究

孔隙率对复合材料性能有很大影响。针对高孔隙率复合材料超声表征不足问题,本文把超声功率谱特征和非线性特征应用于表征高孔隙石英酚醛复合材料的孔隙率,即在频域上对比研究孔隙对基波幅值的衰减及谐波幅值的滋生的影响。结果表明:二者均能有效表征高孔隙复合材料的孔隙率。基于频域基波分析的超声功率谱特征参量测量容易,随孔隙增加呈递减变化,在孔隙率较低时具有一定优势;基于谐波分析的超声二阶非线性特征参量,随孔隙增加呈递增变化,对高孔隙率表征更具优势。     

碳/ 环氧复合材料管形件超声底板反射检测法

新型运载火箭的推力支架使用碳/环氧复合材料管形件组装而成。针对该类管形件的成型工艺及特征,文章在对比了多种常用的超声检测方法的基础上,提出了复合材料管形件内部质量的底板反射检测方法。文中运用了超声C扫描系统,采用底板反射法对设计的人工缺陷及实际产品进行检测。结果表明,所采用的检测方法能够准确地检测出人工缺陷,并且可以有效地实现产品内部缺陷的检测。     

树脂基复合材料孔隙率超声表征技术研究

利用超声衰减的原理,运用超声C-扫描成像技术超声表征评定树脂基复合材料的孔隙大小,进而评定材料的力学性能情况,结合解剖试验建立了树脂基复合材料超声衰减、孔隙率和力学性能的关系曲线,探索了一种超声表征评定树脂基复合材料的孔隙情况及力学性能的方法.     

含孔隙形态分布特征的孔隙率超声衰减测试建模

借助显微照相分析系统,对碳纤维复合材料孔隙形态特征进行观察和统计分析.结果表明,复合材料孔隙形态特征与孔隙含量存在着密切关系,孔隙长度特征参数近似呈对数正态分布,并建立了含孔隙形态分布特征的孔隙率超声衰减测试模型.     

各向同性热解炭材料中的缺陷分析和超声检测技术

利用偏光金相显微镜和超声探伤仪对高性能机械密封用块体各向同性热解炭材料中的缺陷进行表征和无损检测.偏光显微观察发现,各向同性热解炭材料中的主要缺陷主要包括三种:各向异性夹杂、裂纹和各向同性夹杂.超声实验研究表明,利用脉冲反射法超声波检测技术可有效检出各向同性热解炭制件中存在的上述缺陷.目前该技术已成功地用于各向同性热解...     

超声 C 扫描在 C/ SiC 复合材料与钛合金薄板钎焊质量中的应用

通过超声水浸脉冲法对C/SiC复合材料的声阻抗进行测定,结果表明,其声阻抗介于(4.0~4.7)×106kg/m2s之间;未焊合时界面反射系数约为1,焊接良好时界面反射系数介于0.71~0.74之间。为使未焊合时界面反射信号幅度比焊接良好时至少相差6 d B,C扫描检测时应监测二次以上界面反射信号幅度,并采用金相的方法对C扫描结果进行验证,二者一致性较好。     

固化炉成型复合材料孔隙率超声检测方法研究

中航通飞研发的AG300型飞机是以碳纤维复合材料为主材料的新型公务机,该机型采用更为高效的新型复材制作工艺,但其同样存在孔隙率较大的问题。孔隙率的大小及分布特征直接影响到结构件特别是应力集中的关重件的力学性能,故急需对其孔隙率进行可靠和准确的无损评价。提出一种通过喷涂溶剂的复合材料孔隙率试块制备方法,利用超声衰减法和金相分析法对前人的经验公式进行标定,将标定后的经验公式计算出来的孔隙率与经过金相分析得到的孔隙率结果进行比对,画出拟合曲线,结果表明误差不大于0.4%,验证了该经验公式应用于工程实践的可行性。     

考虑孔隙的针刺C/SiC复合材料弹性参数计算

基于针刺陶瓷基复合材料试件(CMCs)光学显微照片的微观型貌,并选择恰当的代表体积单元(RVE),建立了针刺陶瓷基复合材料弹性性能预测的单胞模型.考虑了孔隙率对基体和纤维束弹性性能的影响,采用混合率计算出纤维束的弹性常数,然后将纤维束和基体的弹性参数代入到单胞模型中,通过有限元法计算得到复合材料的整体弹性常数.开展了材料拉伸试验和孔隙率测定试验,测得材料的开孔孔隙率为7.33%,闭孔孔隙率为10.67%,弹性性能的计算结果与试验吻合较好,误差为3.1%.      

大厚度复合材料制件(内埋金属)的超声检测分析

采用超声波无损检测及金相试验方法研究了内埋金属件的大厚度复合材料实心部位的微观结构,发现采取0o纤维在金属件周围进行缠绕铺层时容易引起超声波的衰减,分析了超声波衰减的机理,首先预浸料中夹杂微小气泡引起孔隙率较低,形成了复合材料内部的疏松缺陷;其次由固化过程时内应力引起的微裂纹,导致超声波信号发生衰减;另外,纤维屈曲或局部树脂分布不均匀对超声波也有一定影响。     

混合机织复合材料刚度、强度及低速冲击性能试验研究

将二维机织碳布和单向预浸料碳布按照一定比例铺设成的混合机织复合材料兼具比刚度、比强度高、抗低速冲击损伤以及工艺性好等优点。试验测定不同比例的混合机织复合材料的面内刚度、强度,采用落锤法进行多个能量级别的低速冲击试验和准静态横向压缩试验,用超声波C-扫描法记录各试验件的内部损伤面积,并测量剩余压缩强度,分析这种混合机织复合材料在综合考虑刚度、强度以及低速冲击损伤容限等因素下的最佳铺层比例。     

Cutting force and specific energy for rotary ultrasonic drilling based on kinematics analysis of vibration effectiveness

Rotary ultrasonic drilling(RUD) has become an effective approach for machining advanced composites which are widely using in the field of aeronautics. The cutting kinematics and the corresponding material removal mechanisms are distinct in different drilling areas during RUD. However, these fundamentals have not been fully considered in the existing studies. In this research, two distinct forms of interaction induced by ultrasonic vibration were considered as impact-separation and vibratory lapp...