复合材料层压板分层缺陷超声相控阵检测与评估

曹弘毅，马蒙源，丁国强，姜明顺，孙 琳，张 雷，贾 磊，田爱琴，梁建英

(1 山东大学 控制科学与工程学院，济南 250061；2 中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

碳纤维增强树脂基复合材料(carbon fiber reinforced polymer，CFRP)作为高性能结构材料，具有比强度高、比刚度大、耐腐蚀、可设计性好等优点，在航空航天、轨道交通和船舶等领域获得了广泛应用[1-2]。但由于复合材料的特殊制造工艺及其多铺层的特点，导致在制造过程中容易出现不稳定现象，伴随着某些制造缺陷的产生，常见的缺陷有分层、夹杂、脱粘、孔隙等，严重影响材料结构性能。并且缺陷在服役过程中由于应力作用不断扩展，大大降低结构件的残余强度，导致结构整体失效或其他灾难性后果[3]。因此，复合材料缺陷检测是复合材料制造过程中需要关注的焦点。

复合材料具有各向异性及多铺层界面特性，导致其界面行为及缺陷信号特征复杂。而无损检测与评估技术能够提供复合材料内部损伤的基础信息，是缺陷定量评估及损伤行为分析的一种有效手段[4-6]。因此，很多学者对复合材料无损检测技术进行了广泛研究，常用无损检测技术包括超声[7]、Lamb波[8]、红外热成像[9-10]等。超声相控阵技术具有声束灵活可控、检测精度和灵敏度高、检测效率高等优势，被认为是一种非常有发展潜力的无损检测方法，在复合材料无损检测领域受到越来越多的关注[6]。Nageswaran等[11]通过在CFRP试样中预埋特氟龙薄膜制备分层缺陷，并使用超声相控阵技术对其检测，准确识别出预埋缺陷形状，但并未对缺陷进行定量评估；……