关键词:复合材料缺陷;激光错位散斑检测;声阻检测
一、铝蜂窝夹层结构
铝蜂窝芯材只要利用铝箔来实现不同方式的胶接，然后通过拉伸形成不同规格的蜂窝，芯材的性能和铝箔的厚度以及孔格的大小有直接关系，铝蜂窝芯材能够和不同蒙皮材料进行复合，这样就形成了铝蜂窝夹层结构复合材料。铝蜂窝夹层结构复合材料具有加高的力学性能，而且，在制造成本方面比较低。但是，铝蜂窝夹层结构复合材料在一些特定的环境中比较容易受到腐蚀，在受到冲击以后，铝蜂窝芯材会出现永久变形的情况，会导致蜂窝芯材和蒙皮发生分离的问题，导致材料的性能降低。一些研究人员对胶接工艺对铝蜂窝夹层结构复合材料的影响进行了研究，主要从胶接剂的筛选、表面处理方法和固化工艺方面进行了论述，使用流动性比较好的胶膜，在表面处理方面采用磷酸阳极化处理方式，同时，在夹层结构方面通过对剪切强度进行对比，能够实现最佳的固化工艺。铝蜂窝夹层结构在粘结成型方面大面积批量生产面临着非常大的问题，在固化过程中，可以对铝蜂窝夹层结构复合材料进行真空袋加压，这样铝蜂窝夹层结构复合材料的性能更好。对铝蜂窝芯在压缩荷载作用下的荷载位移曲线特征进行研究，同时对在静态下的压缩荷载作用下的铝蜂窝变形特征进行掌握，可以从三个方向对铝蜂窝进行准静态压缩，由于材料的不同，会导致蜂窝芯出现不断的致密化，可以将不同方向的荷载位移曲线分为弹性区域、平缓区域和加速加强区域。在轴向压缩过程中，试样在荷载最大值位置会出现失稳的情况，在失稳情况下，位移曲线会出现一些小的峰，这个过程铝蜂窝芯出现了逐步折叠失稳的情况。一些研究人员利用数值模拟的方法对不停密度铝蜂窝芯在压缩荷载作用线出现的失效过程进行了模拟，对结构失稳以及破坏的不同特征进行了总结，利用数值模拟所得到的蜂窝失稳分岔宏观应力和实验室所得的宏观极限应力吻合。对三种不同蒙皮厚度的铝蜂窝蜂窝层和聚乙烯泡沫层进行分开试验，对比试窝夹层的结构试样能够进行弯曲疲劳试验，通过试验可以得到，铝蜂窝能够吸收加高的冲击能量，但是，其厚度会对疲劳性能带来一定的影响。对铝蜂窝芯和聚乙烯泡沫层施加同样的弯曲荷载，疲劳寿命和蒙皮厚度对材料的性能进行影响不是十分明显，出现的失效模式是蜂窝和蒙皮之间的界面脱粘。
二、飞机铝蜂窝复合材料的典型缺陷检测
2.1激光散斑检测评估。实例试验系统为LTI-6 2 0 0S激光散斑检测系统,试验试块为飞机铝蜂窝复合材料结构试块.试验目的是得到激光散斑检测系统对铝蜂窝复合材料分层缺陷的检出概率.由于加热时间为影响检出概率的主要变量,故将针对这个变量进行讨论.铝蜂窝复合材料内部有直径分别为20,16 mm的圆形缺陷A和B,初始加热时间选择为5s.对缺陷A、B进行激光散斑检测,并通过试验建模法获得相应的检出概率.此次试验的期望加热时间为5s,方差为0.1s ,其取值范围为2.5~5 s.得到的统计数据如表1所示,部分试验结果见表2.
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表 2 激光散斑检测法的缺陷检出概率试验结果
在期望加热时间为5s,方差为0.1 s,通过统计得到的激光散斑检测方法对两个缺陷的检出概率均为1 00％。激光散斑检测法的相对误差分析相比于其他无损检测系统,激光散斑检测系统检出铝蜂窝复合材料缺陷的能力较强,在统计试验中发现即使将加热时间调为最小值,选择预制缺陷中尺寸最小的缺陷,激光散斑检测系统仍然能检测出该缺陷,没有发生漏检.这说明激光散斑检测系统在检出概率上的可靠性相当高,但同时也发现该检测系统存在一个问题,即其得到的检测结果(缺陷的尺寸)的波动较大。
而这种波动不利于缺陷类型及受损程度的判断,会影响检测结果的准确性.所以,虽然激光散斑检测法对飞机铝蜂窝复合材料结构缺陷有着很高的检出率,但对于缺陷的检测有一定的相对误差.而在无损检测的实际应用中,相对误差(体现为检测结果的波动)对损伤程度与损伤类型的判断以及修复方案的制定均会有一定的影响,使得激光散斑检测系统的可靠性降低.
2.2飞机铝蜂窝结构缺陷散斑检测。应用方案设计飞机铝蜂窝结构缺陷散斑检测应用方案的设计,需要考虑以下几个方面。检测方案需发挥激光散斑检测法检出概率高且检测方便、缺陷显示直观的优点,能快速准确地发现缺陷并确定缺陷位置。检测方案需利用声阻检测法对缺陷尺寸检测准确的优点,以其作为激光散斑检测法的辅助手段,提高应用方案的可靠性。检测方案要考虑到实际检测对象多为飞机机翼表面,检测环境温度变化会影响到激光散斑检测的实施的特点。激光散斑检测设备SC-6 200的热加载探头的有效检测区域尺寸(长×宽)为0.15m×0.10m。（1）将待测飞机结构表面擦拭干净,找到铝蜂窝复合材料结构区域,将铝蜂窝复合材料结构区域表面划分成多个矩形块,每块尺寸(长×宽)为0.20m×0.15 m,并标注检测顺序。（2）将LTI-6 200激光错位散斑检测系统增益设置设定为1 0,最小相异调制为0.1,加热时间设定为5 s。（3）查看设备探头显示屏上激光散斑图是否出现脱黏缺陷的特征(蝴蝶斑)。依次对每个分块进行检测,若发现散斑图上有缺陷特征,则进行初步测量,并依据检测对象的实际区域与显示屏检测画面的对应关系,在检测对象上标出缺陷位置。（4）利用声阻检测仪器(BondMaster 1 000 e＋)进行缺陷尺寸的辅助检测,利用标准铝蜂窝复合材料缺陷试块,标定仪器正常区、缺陷区的检测工艺参数。（5）在之前确定的缺陷区域附近移动探头,当探头检测到缺陷时,仪器会发出蜂鸣警报、探头红灯变量、显示屏上信号超出闸门,此时应反复测试确定缺陷区域具体边界并测出缺陷尺寸。
结语：蜂窝夹层结构复合材料在应用方面具有很好的前景，尤其在战斗机、直升机、卫星以及赛艇方面，对蜂窝夹层结构复合材料的各方面使用性能进行研究，能够更好的完善其性能。
参考文献:
[1]孙浩.无损检测及在航空维修中的应用[M].北京:国防工业出版社,2018.
[2]张晓光.先进复合材料缺陷分析[J].复合材料,2018(2):42-45.
论文作者:李鹏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/29
标签：蜂窝论文; 缺陷论文; 复合材料论文; 激光论文; 夹层论文; 结构论文; 检出论文; 《科学与技术》2019年20期论文;