复合材料蜂窝夹芯缺陷超声检测模拟研究.pdf
《复合材料蜂窝夹芯缺陷超声检测模拟研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《复合材料蜂窝夹芯缺陷超声检测模拟研究.pdf(4页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、郝威,李明,徐莹,等.复合材料蜂窝夹芯缺陷超声检测模拟研究J.机械科学与技术,2023,42(8):1362-1365复合材料蜂窝夹芯缺陷超声检测模拟研究郝威1,李明1,徐莹1,马志远2,王珏1,林莉2(1.沈阳飞机工业(集团)有限公司,沈阳110034;2.大连理工大学无损检测研究所,辽宁大连116024)摘要:实际检测中发现,复合材料蜂窝夹层结构中的芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷能够引起喷水超声穿透法 C 扫描检测中超声大幅度衰减。为了从理论上分析并验证蜂窝夹芯缺陷对穿透法超声传播的影响,本文采用 3D 有限元建模仿真方法,分别模拟了超声波在蜂窝壁完好、芯格塌陷、胞壁鼓泡这3 种模型中的传播方式,
2、研究了不同缺陷种类的尺寸和数量对、超声透射波幅值的影响,讨论了复合材料蜂窝芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷引起零件检测中超声波大幅度衰减的原因,与实际超声 C 扫描检测结果具有较好的一致性。关键词:蜂窝夹层结构;超声检测;芯格塌陷;胞壁鼓泡;有限元模拟中图分类号:TG156文献标志码:ADOI:10.13433/ki.1003-8728.20220056文章编号:1003-8728(2023)08-1362-04Ultrasonic Testing Simulation Research of Honeycomb Core Defects inComposite Sandwich StructureHA
3、OWei1,LIMing1,XUYing1,MAZhiyuan2,WANGJue1,LINLi2(1.ShenyangAircraftIndustry(group)Co.,Ltd.,Shenyang110034,China;2.NDT&ELaboratory,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,Liaoning,China)Abstract:Alargeultrasonicattenuationisfoundinwater-squirtingthrough-transmissionultrasonicC-scandetectionofcompos
4、itearamidpaperhoneycombsandwichstructure,whichiscausedbythedefectsofhoneycombcollapseandcellbubbling.3Dfiniteelement modeling simulation method is used to analyze and verify the influence of the honeycomb sandwich defects on theultrasonicpropagationinpenetratingmethod.Thepropagationmodesofultrasonic
5、waveintheintegrityhoneycomb,honeycombwithcollapseandcellbubblingdefectsaresimulated.Theinfluencesofthesizeandnumberofdifferentdefectsontheamplitudeofultrasonictransmissionwaveareanalyzed.Thecausesoftheultrasonicwaveattenuationarediscussed.Theresultsoffiniteelementsimulationareconsistentwiththoseofth
6、eultrasonicCscantest.Keywords:honeycomb sandwich structure;ultrasonic testing;honeycomb collapse;honeycomb cell bubbling;finite elementsimulation复合材料蜂窝夹层结构是航空、航天、交通运输等领域重要的减重材料1,其中芳纶纸蜂窝由于其突出的力学性能稳定性、耐腐蚀性、阻燃性、耐环境性,在航空航天领域的应用最为广泛2。但蜂窝夹层构件由于其复杂的制备工艺及结构特点,很容易在制造和服役过程中形成缺陷,因此需要针对其进行 100%无损检测。蜂窝夹层结构常用超声法、
7、射线法和红外热成像进行检测3-4。射线法对蜂窝芯格变形、芯格大幅度压塌缺陷较为敏感,但检测过程中需要充分考虑有效透照区,避免蜂窝芯格影响重叠影响缺陷识别5-6。红外热成像法仅能表征蜂窝分层、脱粘、夹收稿日期:2021-07-04作者简介:郝威(1986),高级工程师,博士,研究方向为理化与无损检测,2023 年8 月机械科学与技术August2023第 42 卷第 8 期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol.42No.8http:/ 扫描检测蜂窝夹层结构中遇到的芯格塌陷和胞壁鼓泡缺陷造成超声大幅度衰减的问题,采用 3D
8、 有限元建模仿真方法,开展了蜂窝芯格不同缺陷类型引起的透射声波幅值差异的分析,解释了实际超声C 扫描检测中遇到的大幅度衰减现象,为有效提高缺陷的辨识、定位定量分析提供理论指导。1 检测对象及结果 1.1检测对象复合材料蜂窝夹层零件由上、下蒙皮和中间蜂窝芯组成,采用共固化工艺成型。蜂窝芯材料为对位芳纶纸蜂窝,由一系列边长为 3mm 的六边形蜂窝格构成,蜂窝高度为 15.3mm,格壁厚为 0.20mm;上、下蒙皮材料为树脂基碳纤维蒙皮,厚度分别为1.13mm 和 1.30mm;胶膜厚度为 0.15mm。解剖发现实际生产中该类零件会分别产生芯格压塌和胞壁鼓泡缺陷(缺陷部位已用圆圈标注),如图 1 所
9、示。2 mma)胞壁鼓泡缺陷 b)芯格压塌缺陷c)缺陷示意图鼓泡缺陷压塌缺陷图1碳纤维复合材料蜂窝夹层缺陷Fig.1Honeycombcoredefectsincarboncompositehoneycombsandwichstructure采用阿基米德排水法测量蒙皮密度,采用超声反射法、透射法测量蒙皮与蜂窝壁的纵波声速,采用超声波水浸聚焦技术可计算得到蒙皮的弹性模量、声阻抗等声学参数。复合材料蜂窝夹层结构几何与声学参数如表 1 所示。表 1 复合材料蜂窝夹层结构基本参数Tab.1Basicparametersofcompositehoneycombsandwichstructure部位密度/
10、(gcm3)纵波声速/(ms1)弹性模量/GPa声阻抗/MRayl上蒙皮1.87319412.7185.973下蒙皮1.7826808.5144.675蜂窝0.822172.6191.774 1.2检测结果喷水式脉冲穿透法 C 扫描设备为英国超声波科学有限公司生产的 CG8-1.5-2.9 超声喷水 C 扫描检测系统,超声换能器为 Imasonic 的水浸平探头,晶片直径为19mm,喷嘴直径为6mm,频率为1MHz。零件 C 扫描检测结果如图 2 所示。胞壁鼓泡缺陷的超声衰减量为 1020dB,芯格压塌的超声衰减量为 1226dB。鼓泡缺陷的产生可能是芳纶纸破坏分离或储存固化参数不当10,压塌
11、缺陷的产生可能是外力载荷下蜂窝芯子失稳失效10-11。a)胞壁鼓泡缺陷b)芯格压塌缺陷图2蜂窝夹层结构喷水穿透法 C-扫描图Fig.2Water-squirtingthrough-transmissionultrasonicC-scanimagesofhoneycombsandwichstructures 2 数值模拟 2.1模型设置采用数值模拟技术辅助超声波检测可以对检测中发生的可疑信号进行识别判定,找出可疑信号的发生机理,也可以对可能出现的信号进行预演,提高检测效率12-13。用于本文数值模拟的蜂窝夹层结构模型采用 AutoCAD2010 构建。图 3 为无缺陷蜂窝夹层结构模型,模型由上、
12、下蒙皮及 7 个蜂窝格构成,模型各部分厚度与零件相同,密度及声学性质见表 1。图3蜂窝芯完好的蜂窝夹层结构模型Fig.3Modelofhoneycombsandwichstructurewithintacthoneycombcore第8期郝威,等:复合材料蜂窝夹芯缺陷超声检测模拟研究1363http:/ 4 为蜂窝芯存在鼓泡缺陷的蜂窝夹层结构模型,分别构建了 1 排、2 排、3 排直径为 2mm 的鼓泡缺陷,用来研究鼓泡缺陷个数对超声衰减的影响;另外分别构建了 3 排直径为 2mm、2.2mm、2.5mm、2.8mm 的鼓泡缺陷,用来研究鼓泡缺陷大小对超声衰减的影响。a)b)c)图4蜂窝芯鼓泡
13、的蜂窝夹层结构模型Fig.4Modelofhoneycombsandwichstructurewithlatticesbubblingdefectshoneycombcore图 5 为蜂窝芯存在塌陷缺陷的蜂窝夹层结构模型。分别构建 1 个、4 个和 7 个蜂窝格塌陷的 3 种情况,塌陷半高为 0.15mm,内伸长度为 0.5mm,用来研究压塌缺陷个数对超声衰减的影响;另外分别构建了 7 个蜂窝全部压塌,塌陷内伸长度为 0.5mm、0.7mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm 的 5 种情况,用来研究塌陷程度对超声衰减的影响。用于模拟计算的激励声源中心频率为 1.0MHz。0.150.100.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 复合材料 蜂窝 缺陷 超声 检测 模拟 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。