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复合材料无损检测技术摘要：制造复合材料时，要同时了解材料的种类和结构的类型因此，对于复合材料重 要的结构应用，了解其材料和结构时能够确保其结构的完整性先进复合复杂材 料制造和服务维修是发展中国家挑战无损优化的工具和测试传统的基于金属的 无损检测方法对于这种复合材料的检测是不合适的，且当施加到各向异性和不均 匀的复合材料是更是常常出错在先进技术的应用中，如航空航天和工业重点经 济学和安全性，先进复合复杂材料制造和服务维修是至关重要的使用和发展健壮 和实际复合材料的无损检测方法复合材料无损检测涵盖了一系列改良传统和新 的工具，包括超声波，X-射线，声发射，热，光，电和各种混合方法本文 提供了复合应用程序目前使用的NDT工具的概述关键词：无损检测、复合材料］说明复合材料多用于巨大的机械造型表1和图1示出的复合材料比传统的工业结构 用的特定性质材料的好处纤维增强的有机基质复合材料的特定性质优于传统的 金属能力的两倍甚至是三倍这种材料的制作的结构超越了相称提高系统的传统 应用程序设计的局限性性能如减少重量，提高燃油效率或增加的速度［1,2,3］ 表1：传统材料与复合材料的比强度之间的差别组 材料 比强度传统材料1040 钢9.9*10 人 6(0.39*10八6)2048铝合金板16.9*10八6(0.67*10八6)Ti-5AI-2.5Sn19.7*10八6(0.78*10八6)环氧树脂6.4*10A6(0.25*10A6)复合材料E-玻璃连续纤维环氧树脂77.2810A6(3.04*10A6)在环氧树脂晶须48.8*10A6(1.92*10A6)含70%碳的环氧树脂76.9*10A6(3.03*10A6)含82%芳纶的环氧树脂112*10A6 (4.42*10八6)80604020poo玄Axoda'o WUSSQtvs 匚传统材料 复合材料图1：传统材料与复合材料的性质此外，复合材料具有更好的比刚度和它们的各向异性性质也是符合定制的结构负 荷的要求。

复合材料的使用是加速和加大了交通运输行业的应用，包括下一代飞 机，如波音公司的新787复合材料也被广泛使用于海洋应用，并已应用于各种 时尚运动，如滑雪，网球拍和高尔夫球杆2. 关于复合材料的检测背景复合结构通常是复杂的，由不同材料的层形成图2显示的复合横截面的复杂性 对于重性能敏感应用，如航空航天，复合材料是它们的关键的结构性常见组件Composite LaminateComposite HoneycombSkinHorwycMcoreHimDelaminationsDisbondsPorositv Contamination Improper cure Re^in rich/poor Damaged fiber Voids Cracks Iaks of pn>parties (modulus)Missing adhesiveMisoriented flbers/plyWdvy Fibei*xMiHlocatecI ply/dctailsImpact damageI'heraial damage rhicknesH variance Dinicnsional problcmn Interfsice integrity Structure problems (geometr? )1J • A LI H I • ” [ 市讥止血i[曲图2：典型的横截面的复合材料复合机械损伤常见地在分层或脱胶（层压用于一形式叠层或层压到核心），碎纤 维，由于冲击，疲劳损伤影响的区通过微裂纹，纤维分层，纤维断裂和整体损失 复合材料机械模量，或者可以通过热损伤，从长期暴露上面以加热引起树脂的固 化温度，以及影响的组合的极端的操作条件。

该检测复合物的损害和评价通过以 下事实加剧了伤害不可见的肉眼和可发生在许多不同的形式表2示出了在复合材料中可能存在的缺陷和损伤应当指出的虽然复合材料早就有被应用，包括在临界结构的应用中，但是人们对于它的缺陷 的效果，损伤机理，疲劳和失效机理的认知是不成熟和生疏的NDE/ NDT/ NDC 信息和机械之间的连接性能也没有很好地建立表3是那些适用于非破坏性测试和评价方法的复合材料和结构的列表表2：,在复合材料中发现的典型的缺陷和损伤的列表DEFECTS IN COMPOSITESEffects of defects damage mechanisms fatigue and failuremechanisms arc not mature and well understood・Connection between NDE/NDT/NDC' information and merh^nicalperformance is not ^ell established・表3：复合材料的无损检测和评价做法上市NDE PRACTICES FOR C OMPOSITESI'ltniMinic Acoustic EmissionTap TestResonance X-ray \ isual Optical ThcrmaL..Emerging; Tzhtiol❶gjcs: In・process monitoring In-Situ Scnnoi-s Remote Sensors Embr

因为复合材料复杂，零件几何形状和有限的一部分的材料损伤的复 杂性和材料状态感应无法通过常规的NDT/ NDE/ NDC的方法来实现在所有的无 损检测的方法中，仅超声的方法是直接地检测到，通过机械的变化，可用于直接 评估所述复合结构的机械状态和完整性无损检测方法多数是基于检测金属的经 验目前许多测试程序不够发达正确的用于直接解决了复合材料结构问题复合 测试仍然需要重新审视新的和先进的测试可用性方法从而更好地适应独特的复 合材料的要求3. 复合材料检测方法的例子自从引进粘接和复合材料的入机身结构，广泛无损检查（NDI）被经常执行，以 确保结构完整性复合材料超声波检测过程通常限于单个点测量横跨复合体的厚 度材料和部件的覆盖是通过扫描来实现的如图超声成像的CT扫描图3是在 许多航空航天复合材料制造业务中占主导地位的检查工具现代计算机化的C 扫描具有重复性介绍超声波测试超过手动测试的巨大优势然而，即使用于制造 子组件，超声C-扫描时，往往难以执行并且是不实用的，例如在许多复杂的结 构配置作为前缘或飞行控制表面的其它复杂的部分逐点超声波测试箱的复合材料的声音衰减的图像如图3所示，这些所谓的超声 C-扫描图可以潜在地找到机械不连续性，例如分层，冲击损伤或纤维耐疲劳损伤 [4, 5]。

图3超声波C扫描的复合板概述与提高超声衰减脫粘区域超声C扫描地图是非常有效的寻找机械间断，但不能确定材料的力学状态从门 控超声信号产生的各个像素的解释可能是困难和误导的这项技术最初是适用于 测试粘接正在进一步完善和适应的复合应用程序通过采用先进的传感器，通过 多种信号门更好的数据收集和辅助与数字信号处理，新C扫描测试是非常有效的 无损检测的工具为复合结构[5]尽管在金属检测空隙和裂缝的广泛使用，X射线技术经历了大量的修改才开始用 于复合材料的检测大多数新的系统中使用实时成像，使得在复合材料结构的几 何特征能够有效成像如图4是该复合蜂窝状的实时微焦点X射线图像序列在 现场应用中，X射线可检测液体侵入的细胞中或冲击损伤细胞壁BondedHoneycombStructures图4：复合蜂窝状的放大X射线图像序列X射线提供对比日提交的细胞并将细胞壁的非常详细的几何形状的图像光学方法可用于复合材料的快速大面积的筛选表面下的复合材料损伤可以通过Sherography可以经常检测图像在图5中［*］是这样的 结果光学方法敏感性由于蜂窝内部结构缺陷分钟表面的变化一部分先进的技术，如X射线断层摄影术，激光超声，全息，激光光学，声-超声， D-视线，中子射线照相，微波或热时间解决的方法正在开发，将有助于未来NDT 复合功能。

新兴NDT技术，如在过程监控，原位传感器，遥控传感器，或嵌入式传感器正在成为复合使用的一部分在加工有机基质复合材料治愈的监测 和控制可以保证更好的最终产品［4, 6, 7］ o将这些无损检测方法相结合，并需要连续监测该复合材料的结构状况，支持健康 监测应用程序和最终快速发展结构退化的预算图5：剪切散斑稳定蜂窝部分显示脫胶和盆栽蜂窝形象维修4. 总结有一种无损检测方法和适用于复合材料测试技术分一长串没有一种方法目前有能力以满足对复合完整性评估的所有需要从历史上看集中在缺 陷，新兴技术的工作是在健康监测和领域材料的力学性能表征作为重要的复合 材料结构己经成为一部分商业用途，如新的波音787,额外的发展将需要启用这 些系统的经济性和全机械完整性特征5. 文献[I ] George Lubin, Handbook of ComDOsites, Van Nostrand Reinhold Co, London 1999[2] Joseph C. Salamone, Editor-in Chief Concise Polymeric Materials Encvclopedia、CRC press. New York 2001[3] Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Manufacturing Engineering and Technology. Prentice Hall, Uper Saddle River, NJ, Fourth Edition[4] B.B. Djordjevic, Henrique Reis, editors, G. Birnbaum, B. A. Auld, Technical editors, ''Sensors for Materials Characterization, Processing, and Manufacturing" ASNT Tonics on NDE Vol. 1. published by ASNT, Columbus OH, 199&[5] B.B. Djordjevic, ''Advanced Ultrasonic Probes for Scanning of Large Structures'1, Proc. Ultrasonic International 93 Vienna, Austria, July 1993, Pub. Butterworth Heinemann 1993[6] B. Boro Djordjevic, D. Cemiglia, "Remote Non-contact Testing of Air。