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        蜂窩夾芯結構的無損檢測技術

        作者: 時間:2013-11-07 來源:網絡 收藏
        NOMEX蜂窩復合材料中常見的缺陷有面板與芯材脫粘、面板分層、蜂窩芯內夾雜、蜂窩芯材褶皺、蜂窩芯節點開裂等。而對于這些缺陷,很難采用一種檢測方法進行全面、有效的檢測。因此,本文將針對NOMEX復合材料蜂窩結構中不同缺陷類型,開展各種無損檢測方法比對分析的綜合研究。

        復合材料由于其優異的性能而備受飛機設計者的青睞,已引起飛機設計及航空制造業的巨大變革,且這一變革正朝著繼續加深的趨勢發展[1]。目前,航空飛行器上所用的復合材料結構主要有增強層板結構和夾芯結構兩種,而在夾芯結構中以NOMEX的應用最為廣泛,它具有重量輕、比強度高、比剛度高、抗振、隔熱、隔音、透波性能好等優點,因此在飛機的雷達罩、操縱舵面及客機的客艙地板等部位獲得了大量應用。

        NOMEX是由上下2層面板和中間蜂窩芯粘合而成(圖1),蒙皮一般為玻璃纖維板或碳纖維薄板,芯材為NOMEX蜂窩,其網格形式通常為正六邊形。因制造工藝不當或服役載荷作用下,NOMEX蜂窩復合材料容易形成缺陷,這些缺陷的存在威脅著復合材料蜂窩結構的安全,因此,對復合材料蜂窩結構的無損檢測非常重要。

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        NOMEX復合材料的缺陷類型及無損檢測方法分析

        NOMEX蜂窩復合材料中常見的缺陷有面板與芯材脫粘、面板分層、蜂窩芯內夾雜、蜂窩芯材褶皺、蜂窩芯節點開裂等。而對于這些缺陷,很難采用一種檢測方法進行全面、有效的檢測。因此,本文將針對NOMEX復合材料蜂窩結構中不同缺陷類型,開展各種無損檢測方法比對分析的綜合研究。

        1 聲學檢測法

        1.1 脈沖反射法

        外場檢測時通常結構不可拆卸,此時只能從單側蒙皮對結構進行檢測,脈沖反射法尤其適用于該種情況下的檢測。

        1.1.1 高頻超聲脈沖反射法

        蜂窩夾芯結構蒙皮偏薄,對蒙皮自身的分層或蒙皮與蜂窩芯脫粘類缺陷,高頻超聲的檢測效果較好。鑒于蜂窩夾芯結構的特點,高頻超聲只能穿透蒙皮,所以顯示屏上只能看見單層蒙皮的面波與底波。蒙皮分層缺陷超聲波形信號表現為蒙皮自身底波消失,原面波與底波間出現明顯缺陷回波。

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        對蒙皮與蜂窩芯脫粘類缺陷,要針對蜂窩格的尺寸選擇合適聲束直徑的探頭,通常聲束直徑要小于蜂窩格尺寸。在實際檢測中,采用聲束直徑1mm的聚焦探頭可以有效檢出被檢面的板芯脫粘。檢測中,當超聲聲束入射至A區(圖2)的正上方,聲波一部分被蜂窩芯吸收,繼續向下傳播,另一部分在蒙皮底部直接被反射,此時屏幕上可以看到蒙皮底部的反射回波;當超聲聲束入射至B區的正上方,聲波到達蒙皮底部遇到空氣層,直接反射回來,由于沒有蜂窩芯對聲波能量的吸收,B區的反射回波要明顯高于A區(圖3)。對于沒有缺陷的結構,檢測過程中,超聲波形信號表現為底波波幅時高時低呈規律性跳動。檢測時,設置合適的閘門高度,使B區底波超過閘門而A區底波低于閘門。如果材料無異常,此時檢測過程中看到的報警指示燈忽明忽暗,呈規律性閃爍;如果材料出現脫粘缺陷,會出現報警指示燈長明現象,據此即可判斷結構中的缺陷情況。但檢測過程中應嚴格控制檢測速度和掃查間距,避免缺陷的漏檢。

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        超聲C掃描檢測蜂窩夾芯結構的檢測結果比較直觀。2MHz陣列式聚焦探頭能滿足大部分結構的檢測要求,但如果蒙皮厚度過厚,蜂窩格成像質量相對較差。對曲面結構,陣列式探頭耦合不良,單晶片聚焦探頭可很好的解決耦合問題(圖4)。

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