淺論復(fù)合材料無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展論文【最新版】

1、淺論復(fù)合材料無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展論文1概述復(fù)合材料之所以能夠成為20世紀(jì)迅速地在工業(yè)部門推廣應(yīng)用的新 材料、新結(jié)構(gòu)，無損檢測技術(shù)發(fā)揮了十分重要的推動(dòng)作用，反過來，復(fù)合 材料也為無損檢測技術(shù)的迅速發(fā)展帶來了更多的研究空間。一些過去在 金屬材料無損檢測中因技術(shù)障礙而而臨困境的檢測技術(shù)，在復(fù)合材料對 無損檢測技術(shù)的需求牽引下，得到了新的飛速發(fā)展。如針 對初期基于金 屬材料及其結(jié)構(gòu)在負(fù)載作用下產(chǎn)生應(yīng)力波的物理現(xiàn)象的聲發(fā)射檢測技術(shù)、 基于物理波相干原理的激光全息干涉檢測技術(shù)、激光超聲檢測技術(shù)等， 幾乎都是70年代問世，80年代在應(yīng)用中由于 物理信號特征解釋困難、 環(huán)境條件要求苛刻或技術(shù)上有待進(jìn)一步突

2、破等原因，難以在工程上找到 用武之地，自90年代后則得到了迅速的應(yīng)用發(fā)展。由于復(fù)合材料的先進(jìn)性與其質(zhì)量的離散性和高成木并存，在實(shí)際應(yīng) 用中，即使是經(jīng)過研究和試驗(yàn)制訂的合理工藝，在結(jié)構(gòu)件的制造過程中 還可能會(huì)產(chǎn)生缺陷，引起質(zhì)量問題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)件的報(bào)廢， 造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，國外自70年代以來，就針對復(fù)合材料的研究、 應(yīng)用開展了全方位的無損檢測技術(shù)研究。早期主要是沿用金屬材料所采 取的一些檢測方法，進(jìn)行復(fù)合材料的無損檢測技術(shù)探索，隨著研究工作 的深入，人們對復(fù)合材料的內(nèi)部規(guī)律和缺陷特征有了更深的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn) 完全采用常規(guī)金屬材料無損檢測的方法不能解決復(fù)合材料的無損檢測問 題。因此，進(jìn)

3、入80年代后，才真正走向復(fù)合材料無損檢測，研究出了許 多適應(yīng)復(fù)合材料特點(diǎn)的無損檢測新技術(shù)、新方法，從而為解決復(fù)合材料 的無損檢測、促進(jìn)復(fù)合材料的推廣應(yīng)用發(fā)揮了重要作用。目前復(fù)合材料無損檢測己經(jīng)應(yīng)用于材料、結(jié)構(gòu)件和服役無損檢測3 個(gè)方而。技術(shù)上己從初期的檢測方法探索發(fā)展到目前的檢測方法研 究、 信號處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、缺陷識(shí)別技術(shù)、成像顯示技術(shù)、儀器設(shè)備 技術(shù)、結(jié)構(gòu)件檢測技術(shù)、定量檢測與評估、服役結(jié)構(gòu)壽命評估、強(qiáng)度評 估和性能測試等。無損檢測技術(shù)己經(jīng)成為復(fù)合材料研究和應(yīng)用 中的一項(xiàng) 關(guān)鍵技術(shù)，融入復(fù)合材料從研究到最終裝機(jī)應(yīng)用的全過程。2復(fù)合材料無損檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍復(fù)合材料無損檢測主要應(yīng)用于以

4、下3個(gè)方而:材料無損檢測;結(jié) 構(gòu)無損檢測;服役無損檢測。2.1 材料無損檢測材料無損檢測主要解決材料研究中面臨的問題，進(jìn)行諸如材料內(nèi)部 缺陷表征、性能測試、缺陷基木判據(jù)的建立、無損檢測物理數(shù)學(xué)模 型的 建立等研究。其檢測對象主要是試樣、試片，采用精細(xì)無損檢測技術(shù)， 面對材料研究過程，重視無損檢測物理數(shù)學(xué)模型的建立，重點(diǎn)開展新的 檢測方法研究。采用高分辨率超聲成像檢測技術(shù)得到的復(fù)合 材料內(nèi)部3 個(gè)不同深度位置的超聲層析掃描檢測結(jié)果，被檢測試樣為正交鋪層的碳 纖維層壓結(jié)構(gòu)，厚度為L5mm。從圖中可以看出碳 纖維束的取向，即使 是一些位于纖維束之間的細(xì)小缺陷也能較好地 檢測出來,箭頭所指的白 色區(qū)域

5、即為纖維束間的細(xì)小缺陷。從中還能 清晰地看出，試樣近表面層 靠近左側(cè)纖維束的走向似乎不如右側(cè)有規(guī)律。這些信息的獲得對材料和 工藝研究非常有益，為得到這種微細(xì)缺陷信息，必須采用高精度的超聲 掃描檢測技術(shù)。2.2 結(jié)構(gòu)無損檢測結(jié)構(gòu)無損檢測主要解決結(jié)構(gòu)在工藝制訂、結(jié)構(gòu)件制造過程中面臨的 問題，如對各種結(jié)構(gòu)件進(jìn)行無損檢測所需的儀器設(shè)備等檢測手段的建立、 信號處理技術(shù)、缺陷判別、標(biāo)準(zhǔn)建立與完善等。檢測的對象 是各種裝機(jī) 應(yīng)用的工程結(jié)構(gòu)件，需要工程化檢測技術(shù)，面對結(jié)構(gòu)件制 造過程，重視 無損檢測手段的建立，重點(diǎn)開展高效可靠的檢測技術(shù)研究。圖4是一種 典型的針對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的超聲檢測設(shè)備，可以用于多種復(fù)合材

6、料結(jié)構(gòu) 的自動(dòng)掃描檢測。2.3 服役無損檢測服役無損檢測主要研究裝機(jī)結(jié)構(gòu)件在服役過程中所需的無損檢測方 法、手段等，包插提供有關(guān)結(jié)構(gòu)件殘余壽命、剩余強(qiáng)度、損傷擴(kuò) 展等綜 合信息的評估。檢測的對象是裝機(jī)后的各種服役結(jié)構(gòu)件，采用 易實(shí)現(xiàn)、 快速可行的外場檢測技術(shù)，面對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的安全服役全過程，重視外場檢 測技術(shù)與結(jié)構(gòu)件的安全服役的質(zhì)量保證，重點(diǎn)開展外場 檢測技術(shù)研究。如中國航空工業(yè)制造工程研究所研制生產(chǎn)的FCC外 場復(fù)合材料檢測儀, 是目前用于外場復(fù)合材料服役結(jié)構(gòu)件無損檢測的 主要儀器，具有很高的 檢測分辨率。3復(fù)合材料無損檢測技術(shù)現(xiàn)狀經(jīng)過不斷的研究、發(fā)展和完善，目前超聲和X射線照相法檢測己成 為

7、2種最主要和成熟的復(fù)合材料無損檢測技術(shù)。特別是超聲檢測 技術(shù)， 由于被檢測物理量與復(fù)合材料內(nèi)部缺陷存在最為良好的可精確表述的物 理數(shù)學(xué)關(guān)系，因此，通常復(fù)合材料構(gòu)件都要求采用超聲方法進(jìn)行10。%無 損檢測。大量的研究和應(yīng)用也表明，超聲是目前國內(nèi) 外復(fù)合材料無損檢 測最為實(shí)用有效、應(yīng)用最為廣泛的無損檢測技術(shù)，它能可靠地檢測出復(fù)合 材料中的分層、疏松、孔隙等大部分危害性缺 陷?；诔暦瓷浠夭ㄔ?理，目前可以檢測到復(fù)合材料內(nèi)部微細(xì)缺陷信息，采用超聲層析檢測技 術(shù)還可以得到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部不同深度、不同截面位置的C掃描、T掃 描和B掃描檢測結(jié)果。對于一些特殊的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，或者特殊缺陷（如 夾層結(jié)構(gòu)中

8、的芯缺陷）及重要部位（如連接接頭和較為受力部位），則 采用X射線照相法輔助檢測。利用X射線衰減原理，可以檢測出引起材料厚度或密度1%2%變化的缺 陷，但對于碳纖維/樹脂基復(fù)合材料，由于其密度小、缺陷大多位于鋪層 之間，缺陷的存在引起的厚度變化非常小，因此X射線照相法一般不用 于這類復(fù)合材料的無損檢測，它主要用于夾層結(jié)構(gòu)的無損檢測。聲顯微和超聲層析是揭示復(fù)合材料內(nèi)部微細(xì)規(guī)律的精細(xì)無損檢測技在眾多的無損檢測方法中，目視檢測、敲擊法檢測、超聲諧振法 檢 測是最為廉價(jià)的復(fù)合材料無損檢測方法。超聲相關(guān)、X射線背散射、聲-超聲、聲發(fā)射等檢測技術(shù)，都在復(fù)合 材料無損檢測中尋找應(yīng)用空間，但在復(fù)合材料研究和結(jié)構(gòu)

9、件制造過程中， 目前還較難找到應(yīng)用場合。未來的復(fù)合材料無損檢測將更加追求快速高效，因此，基于干涉 原 理和溫度場分布原理的激光全息干涉檢測技術(shù)和熱/紅外成像檢測技術(shù)， 因其具有非接觸、可大而積掃描、快速等特點(diǎn)，將成為復(fù)合材 料結(jié)構(gòu)無 損檢測的良好技術(shù)。但目前還必須突破一些技術(shù)難題，賦予 這些檢測技 術(shù)新的工程應(yīng)用內(nèi)涵，才能使其廣泛用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu) 的無損檢測。4復(fù)合材料無損檢測技術(shù)的發(fā)展未來復(fù)合材料的無損檢測技術(shù)應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方而開展研究。針對復(fù)合材料裝機(jī)結(jié)構(gòu)件的快速高效無損檢測技術(shù)。賦予傳統(tǒng)復(fù)合材料無損檢測新的技術(shù)內(nèi)涵，使之更適合未來復(fù) 合材 料的低成木設(shè)計(jì)、制造和裝機(jī)應(yīng)用主流，通過提高傳統(tǒng)

10、檢測技術(shù)的功效， 達(dá)到提高檢測效率、降低檢測成本的目的。開展無損檢測新 技術(shù)和新方 法的研究，探索研究適合復(fù)合材料的快速高效無損檢測 技術(shù)和方法。美 國等復(fù)合材料用量較大的國家，自90年代后期己經(jīng)開始將復(fù)合材料無損 檢測技術(shù)研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到快速高效的無損檢測方向，而且有了初步應(yīng) 用成果。針對新型復(fù)合材料的無損檢測技術(shù)。與發(fā)達(dá)國家相比，目前我國復(fù)合材料無損檢技術(shù)的研究深度和發(fā)揮 作用的程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在復(fù)合材料及其應(yīng)用研究過程中，如果 能很好 地掌握其內(nèi)部微細(xì)規(guī)律，對復(fù)合材料工藝制訂、結(jié)構(gòu)制造等將具有重要 的作用和意義。復(fù)合材料的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)特征就是內(nèi)部各組 分之間物理 界而復(fù)朵，如果能利用無損檢測技術(shù)得到這些界而的全部信息，將會(huì)對 材料研究和工藝分析起十分重要的指導(dǎo)作用。復(fù)合材料無損檢測技術(shù)的升華。未來復(fù)合材料無損檢測只有與材料的性能、結(jié)構(gòu)件的壽命和剩余強(qiáng) 度密切結(jié)合，才能發(fā)揮更大的作用。近年來國外己經(jīng)在這方面開展了大 量的研究工作。(4)國內(nèi)復(fù)合材料無損檢測硬件的自主建設(shè)。復(fù)合材