自动化检测在航空复合材料中的应用

关键词：超声检测自动化复合材料结构仿形缺陷分析duetothecharacteristicsofmaterials,someharmfuldefectswillbeproducedinnondestructivetestingsystem,theprofcomplexcurvedsurfacecanberea第1章前言3.通过5G技术实现自能检测及评价1.1课题的来源和目的法1。无损检测技术发展经历了无损探伤NDI,无损检测NDT,无损评价NDE。常规的的检测方法有射线检测RT,超声波检测UT,磁粉检测MT,渗透检测PT,涡流检测ET,声发1.2自动化检测1.3论文研究的意义1.3.1项目背景构C扫描图，需要根据复杂曲面工件实时展开，投射成平面C扫描图，从而进行缺陷的实2.1.2复合材料性能由于复合材料具有质量轻、较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀、导热、灵活性和易加工性等特点，所以是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料不同于与传统的纤维材料，碳纤维复合材料的重量非常轻，碳纤维材料的密度为1.7g/cm3,与传统航空材料铝比较，铝的密度为2.7g/cm3,重量为铝的60%左右。碳纤维复合材料的减重突出。碳纤维材料不仅重量较轻，相比其他玻璃纤维材料具有更高的强度和硬度，与金属比较，性能优势明显。在航空领域，实用碳纤维复合材料替代金属材料，从而整体提升产品的性能。碳纤维复合材料的轻度高，它的比重不到钢的1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7~9倍，抗拉弹性模量为23000~43000Mpa也高于钢CFRP复合材料尽管重量轻，然而相比于玻璃纤维复合材料，每(1)碳纤维预浸料热压罐制造工艺按照规定的铺层顺序铺贴到工装模具上，铺层方向一般为0°,45°,90°,相互交错铺(2)自动铺带(ATL)及自动纤维铺放(AFP)工艺(3)热压罐工艺度约为180°C,压力为6bar.对于包装好的预浸料铺层放入热压罐2.3航空复合材料在飞机制造上的应用航空复合材料重量轻，比强度高，广泛应用于航空制造行业，在民用飞机制造应用比例不断提升，经济效率明显。详见图1.对于国际上两大主要客机制造商，波音公司的新一代客机B787机身复合材料的应用比列已提升到了50%,而空中客车的宽体客机A350,复材用量达到了52%。对于国内起步较晚的中国商飞C919复材用量达到12%,正在研制的宽体客机C929复材用量也将达到50%。复合材料的应用比例已近成为衡量客机先进性重要指B767:40%图1大型客机复合材料应用比例公司采用了复合材料叶片，相比金属铸造叶片，降低发动机重量，对于鸟撞叶片撕后机身球面框■碳汗维层合板福碳纤维夹层结构雷达取制翼、犹流板中央翼图2复合材料在航空飞机结构中的应用波方向性好，能量高，能在界面上发生反射，折射，衍射和波形转换，且穿透能力强，使其广泛用于无损检测4]。超声波一般分为纵波和横波，复合材料衰减较大，一般应用纵波检测。超声波探头通过压电晶片效应发射超声波场只能检测位于其场中位置的缺陷，故需研究波源轴线上的声压分布情况超声波从一种介质传播到另一种介质中时，超声波在两种介质不同的分界面上，一部分超声波能量反射回原来传播介质，称为反射波；另外一部分超声波能量会透过界面，在另外一种介质中继续传播，透过的超声波称为透射波。超声波的声压及声强在界面上的传播都遵循这一规律。式中声阻抗Z=pc,p为介质中的密度，c为超声波在介质中的传播速度。碳纤维声阻抗s,水声阻抗,空气声阻抗z=0.00004×超声波在介质中传播时，随着传播距离的不断增加，超声波的传输信号不断减弱的现象称为超声波的信号衰减。会引起超声波传输信号衰减的主要因素有，超声波的声束扩散，传输介质中对声波的吸收及传输介质中材料的晶粒大小对声波的散射。式中e为自然对数指数。1脉冲反射法(A扫)超声波探头发射的超声波，通过耦合介质传输到被检测工件，2穿透法(C扫描)多为自动化扫描装置，超声发射探头与接收探头置于被检测工件完好区被事完好区被事□缺陷区完好区图3反射法与穿透法检测波形示意图中机械扫描编码单元X轴，20M,最大速度1000mm/s,精度0.1mmA51轴，+/-110°,最大速度36°/s,精度0.2°A61轴，+/-180°,最大速度36°/s,精度0.2°数模导入数模导入图5曲面工件检测步骤示意图对于检测状态与实际数模有区别是，需要采用采点重构仿行。经激光测量器安装在扫查轴上，按照每一个切面进行采集仿行，等距离每一个切面，每个切面又等距离N个点，逐次测量每个点距离零件距离，完成一个且面后，进行下一个切面采点。将采集点逐次相连，及形成采点仿行。当采集的点越密集时，零件的曲面越真实。见图6-7图6曲面采点仿行图7计算机规划扫查路径图8自动化无损检测现场图成效；检测时间从2小时缩短为5分钟，对比试块减少50%以上。