先进树脂基复合材料层合结构纤维屈曲超声检测技术研究进展*

徐桂荣，马腾飞，李 洋，肖 鹏，周正干

（1.航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，哈尔滨 150066；2.北京航空航天大学，北京 100191；3.北京航空航天大学宁波创新研究院，宁波 315800；4.中国商飞复合材料中心，上海201324）

复合材料具有密度低、强度高、刚度大、抗颤振能力强等优点，在航空工业领域被广泛应用于机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、机匣、风扇叶片等重要结构[1]。受制造工艺、使用环境等因素影响，复合材料内部可能存在分层、气孔、夹杂、脱粘、孔隙等多种形式缺陷，直接影响结构件的力学性能和使用安全性。对于采用铺层工艺制备的碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）层合结构，除上述类型缺陷外，还应重点关注由纤维屈曲缺陷引起的材料力学性能失效。

纤维屈曲缺陷也称褶皱缺陷，由碳纤维预浸料固化成型时碳纤维的弯曲变形引起，包括面外和面内两类，其中，面外缺陷的几何形态如图1（a）所示，表现为厚度方向上多个碳纤维层的整体几何弯扭；面内缺陷的几何形态如图1（b）所示，表现为碳纤维层平面内碳纤维丝偏离预先设定的走向。

图1 碳纤维增强树脂基复合材料层合结构纤维屈曲缺陷Fig.1 Fiber buckling defects of CFRP

纤维屈曲缺陷的存在对结构件力学性能具有严重影响，研究数据表明[2]，纤维屈曲缺陷的产生概率负相关于层合结构件的厚度，3°左右的纤维屈曲缺陷将诱发约 74%的抗压强度降低，5°左右的纤维屈曲缺陷将诱发约 90%的疲劳寿命降低，10°左右的纤维屈曲缺陷将导致结构件具有超过20%的抗压强度折减系数。……