碳纤维增强复合平板新型涡流探头的仿真与试验研究*

孟杞凤,宋 凯*,张丽攀,魏雅丽,孙莎莎

(1.南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,南昌 330063;2.中国人民解放军第五七零二厂,西安 712200)

碳纤维增强复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)具有高比强度和比模量、性能可设计和易于整体成形等优点,使其易于制作尺寸稳定的结构而满足航天结构高结构效率的要求[1-2]。大量CFRP材料作为飞机结构件承受复杂应力,如C919大型客机的中央翼盒、内外襟翼及垂直尾翼等,但复合材料结构质量在生产中不稳定,缺陷的产生难以避免,如预浸料中的低分子杂质、溶剂和水分挥发极易引起空隙、裂纹、分层等缺陷的形成,从而导致构件或机械设备失效甚至发生重大事故,因此,开发设计新型传感器快速检测发现构件的损伤区域,对于预防航空航天关键构件的断裂故障和防止重大恶性事故的发生具有重要意义。

目前主要有超声波检测[3-5]、X射线检测[6]、微波检测[7]等技术用于CFRP材料缺陷检测。Ziping Wang等人[4]根据正交各向异性压电复合材料沿偏振方向的高灵敏度和方向性,设计了一种用于复合材料中内部缺陷检测用的低频超声相控阵换能器;Yuanjia Song、D’Orazio T[5]等采用超声红外热像或常规超声检测技术识别出复合材料中分层、裂纹等缺陷。涡流检测技术[8]利用被检对象的电磁感应特性,通过测量线圈中感应量变化来实现缺陷的识别与评价,具有非接触、无耦合、易于实现高速自动化检测等特性。

由于碳纤维复合材料的弱导电性,国内外学者对基于涡流原理的传感器检测性能开展了初步的探索。……