碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料孔隙率超聲無損檢測.pdf

1、碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的比強度、比模量，近些年來，被廣泛應(yīng)用于對密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領(lǐng)域以及要求高溫、高化學(xué)穩(wěn)定性的場合。特別是在航空、艦艇、核能等領(lǐng)域，該類復(fù)合材料的使用比例越來越高，發(fā)展速度非常迅猛，應(yīng)用前景十分廣闊。 由于特殊的制備工藝，在碳纖維復(fù)合材料中或多或少存在一定數(shù)量的微小孔隙。當(dāng)孔隙含量超過一定界限時，材料的層間剪切性能和彎曲性能受到嚴重影響，其使用壽命大大降低。因此，為保證復(fù)合材料

2、的安全使用，應(yīng)當(dāng)使用無損檢測方法來評定其孔隙含量，即孔隙率。超聲無損檢測技術(shù)以其獨特的優(yōu)點成為檢測復(fù)合材料孔隙率的重要手段之一。 本研究以手糊熱壓成型的碳纖維單向增強復(fù)合材料為研究對象，利用超聲衰減法和聲阻抗法對孔隙率在0.03％～4.96％內(nèi)變化的試樣進行了研究，通過理論分析和實驗驗證，建立了相應(yīng)的檢測模型。論文的主要內(nèi)容如下： 用手糊成型的方式制備了碳纖維單向增強樹脂基復(fù)合材料，基于對大量文獻資料的調(diào)研，確定了脈沖回

3、波底板反射法。通過實驗優(yōu)化，選擇中心頻率為5MHz的平探頭進行實驗。借助超聲C掃描選擇孔隙率均勻的區(qū)域，并進行超聲信號采集和處理，提取聲衰減系數(shù)和聲阻抗，并將其與破壞法測得的試樣孔隙率結(jié)合建立相應(yīng)的檢測模型。對于聲衰減法而言，當(dāng)孔隙率在0.03％～0.5％之間時，衰減系數(shù)α與孔隙率P呈線性關(guān)系：α=1.65+1.78P，而孔隙率在0.5％～4.96％之間時，二者呈二次曲線關(guān)系：α=2.5+0.15P<'2>。對于聲阻抗法而言，對孔隙率在

4、0.6％～3.8％內(nèi)的試樣建立的檢測模型為：Z<,c>=18.48P<'2>-349.53P+4794.30。 分別利用聲衰減法和聲阻抗法對孔隙率為0.03％～2.21％的試樣進行孔隙率超聲檢測，實驗結(jié)果表明，采用聲阻抗法得到的孔隙率測量結(jié)果的平均絕對誤差較聲衰減法所得結(jié)果的誤差小0.08％。實際檢測時，可將兩種方法結(jié)合使用，便于檢測結(jié)果的對比驗證。另外，針對金相法孔隙率測量結(jié)果進行了不確定度分析，以孔隙率為0.71％的試樣為例