基于多频率超声综合比对法的三维编织复合材料检测.pdf
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1、无损检测2023年第45卷第6 期71DOI:10.11973jc202306015试验研究基于多频率超声综合比对法的三维编织复合材料检测曲亚林1,2,宁宁,詹绍正(1.中国飞机强度研究所,西安7 10 0 6 52.机械结构强度与振动国家重点实验室,西安7 10 0 49)摘要:介绍了三维编织复合材料的工艺成型特点以及容易产生的缺陷类型。采用多种频率的超声波对三维编织材料内部的缺陷进行检测,并对检测结果进行综合比对分析。试验结果表明,多频率超声综合比对法虽然无法对材料内部的孔隙分布进行定量检测,但可以对不同区域孔隙分布情况进行判断。关键词:三维编织复合材料;超声;无损检测中图分类号:TG11
2、5.28文献标志码:A文章编号:10 0 0-6 6 56(2 0 2 3)0 6-0 0 7 1-0 43D braided composites testing based on multi-frequency ultrasonic comprehensive comparison methodQU Yalin?2,NING Ning,ZHAN Shaozheng(1.China Aircraft Intensity Research Institute,Xian 710065,China;2.State Key Laboratory for Strength and Vibration
3、of Mechanical Structures,Xian 710049,China)Abstract:The process characteristics of 3D braided composites materials and the types of defects that are proneto occur were introduced.Variety of frequencies of ultrasonic waves were used to detect defects inside the material,and the test results were comp
4、rehensively compared and analyzed.The test results showed that although the multi-frequency ultrasonic comprehensive comparison method cannot quantitatively detect the pore distribution inside thematerial,it can judge the pore distribution in different regions.Key words:3D braided composite;ultrason
5、ic;nondestructive testing三维编织复合材料是采用编织技术织造的纤维编织物作为增强体,经RTM(树脂传递模塑法)将树脂注人预成型件,最终固化成型的新型复合材料。和传统的复合材料层合板结构不同,三维编织复合材料的空间互锁网状结构从根本上避免了分层损伤的产生,且抗冲击能力明显增强。三维编织复合材料在保持了构件承载变形的整体性的同时,还具有比强度高、比模量大、易于一次成型复杂结构等优点,在航空、航天、船舶领域的应用愈发广泛1采用多种频率的超声波对三维编织复合材料内部缺陷进行检测,并对检测结果进行综合比对分析,旨在收稿日期:2 0 2 2-11-0 9作者简介:曲亚林(19 8
6、6 一),女,本科,工程师,主要从事飞机结构损伤检测与结构维修方向的研究工作通信作者:宁宁,分析多频率超声综合比对法对材料内部缺陷定性定量检测的可行性。结果表明,多频超声虽无法对内部孔隙进行定量检测,但可以对其分布情况进行判断。1三维编织复合材料的制造工艺1.1三维编织工艺常见的三维编织方法分为四步编织法、二步编织法和多层联锁编织法2 。其中,四步编织法应用最为广泛。因为四步编织法结构中所有纱线在空间中的分布有4个不同的方向,所以制成的复合材料被称为三维四向编织复合材料3。二步编织法的特点是编织过程中编织纱的运动以两步为一个编织循环。在编织过程中,编织纱在携纱器的携带下,将沿轴向排列的轴纱捆绑
7、到一起,构成一个空间整体。二步编织法的特点是可以织出无损检测2023年第45卷第6 期72基于多频率超声对法的三维编织复合材料检测曲亚林,等:非常厚的结构4多层联锁编织方法中,编织纱和轴纱分开,用专用的编织纱将邻近薄层相互连接起来,来提高其整体性能41.2三维编织成型工艺三维编织复合材料的成型方法主要是树脂传递模塑法,也称为RTM工艺方法5。RTM成型工艺过程如下:首先在模腔内预先铺放增强材料制成的预成形体;然后在压力或真空作用力下将树脂注入闭合模腔浸润预成形体的纤维;再等待固化后脱模,脱模后对其再进行二次加工便可得到最终产品。(a)铺放增强材料预成形体(b)注入树脂(c)固化(d)脱模图1R
8、TM工艺基本原理2三维编织复合材料制造中产生的缺陷类型三维编织复合材料的内部缺陷主要在成型工艺过程中产生。成型中,靠在真空或附加压力作用,将树脂注人纤维编织的预制形体内,因驱动力的差异,树脂在预制形体内会产生纤维束间和纤维束内两种流动路径。纤维束间空间相对开阔,树脂流动速度主要取决于黏性力,影响因素包括树脂注射压力和黏度;纤维束内空间相对狭小,树脂流动速度主要取决于毛细管力,影响因素包括树脂表面张力和润湿接触角。将树脂流动过程中黏性力和毛细管力的比值定义为修正毛细管数,修正毛细管数决定了束间和束内流动前沿的相对位置。当修正毛细管数较低时,束内流动起主导作用,易形成束间孔隙见图2(a),也就是树
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