碳纤维复合材料缺陷检测方法研究

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1、碳纤维复合材料缺陷检测方法研究汇报人：金春杏刘玉振赵成武导师：王仲目录CONTENTS研究背景01仿真&实验02缺陷识别分类03总结与展望04PARTONE研究背景研究背景40301碳纤维复合材料应用背景02碳纤维复合材料无损检测研究概况碳纤维复合材料缺陷识别研究概况碳纤维复合材料应用背景复合材料复合材料是由两种以上的材料通过复合工艺组合而成的一种具有特殊性能的材料特点：各组分含量不小于5%；材料总体性能显著优于各组分性能；通过各种方法混合而成碳纤维复合材料一般碳素材料：耐摩擦、耐高温、耐腐蚀、导电性好特有性质：密度小、质量轻，密度为1.5—2g/cm3，是钢材料的四分之一;拉伸度

2、高，与硅基纤维复合材料相比，拉伸强度是它的3-7倍;高比强度，其强度大约为钢的5倍;高弹性模量，弹性回复100%，在相同的外负荷下，应变较小;各项异性，热膨胀系数小，耐骤冷急热；耐疲劳性好5碳纤维复合材料应用背景碳纤维复合材料6从最初在航空航天和军事工业领域的应用，逐步推广于体育休闲用品行业，近年来在工业上获得广泛的应用，其中汽车、土木建筑、能源和电子等领域为最有前景的应用领域适用于不同领域的要求碳纤维复合材料应用背景碳纤维复合材料制作过程中或使用过程中会形成各种形式的缺陷：基体和增强材料融合继而定型成为产品的过程中，存在诸多不确定因素碳纤维复合材料的各向异性结构碳纤维复合材料的缺

3、陷类型有多种，在一块材料板中，有时仅存在一种缺陷，有时会多种缺陷同时存在，其中分层、夹杂、脱粘与孔隙缺陷是最常见的缺陷这些缺陷的存在势必会影响材料的各项性能指标，使碳纤维复合材料构件的应用受到一定的限制，造成经济损失和安全问题。准确、快速、有效、及时地检测出碳纤维复合材料中的缺陷对提高社会经济效益有重大的意义7碳纤维复合材料无损检测研究概况无损检测NDT(Non-destructiveTesting)技术：利用材料内部存在的缺陷所引起的对热、声、光、电、磁等特性的变化，在不损伤被检测对象的条件下，探测各种材料、结构件等内部或表面缺陷，并对缺陷的位置、类型、数量、尺寸等做出判断和评价

4、与破坏性检测相比，NDT有如下优势:一是非破坏性，对材料无需破坏就可以进行有效的检测，不损害材料的性能二是全面性，可在不破坏材料的前提下实现全面的检测三是全程性，可以在设备的使用过程中对材料进行检测，这是破坏性检测不能实现的，破坏性检测只能针对原材料进行8碳纤维复合材料无损检测研究概况复合材料的低导电特性和低热导率，声衰减强等特性使其不像金属材料那样容易产生腐蚀缺陷，却极易因偶然撞击而产生不可见的裂纹、分层等现象，即使是极微小的撞击也会在近表面产生严重的缺陷，影响材料的性能20世纪80年代后，为解决复合材料缺陷的无损检测问题，诞生了许多新技术新方法如:X射线检测，涡流检测、微波检测

5、、超声检测等常规检测方法9碳纤维复合材料无损检测研究概况碳纤维复合材料常规检测方法1.射线检测技术10材料中缺陷部位与无缺陷部位对射线的吸收能力不同，射线透过有缺陷部位时，缺陷部分将会使X射线在物体内部的衰减发生改变，且射线强度要高于无缺陷部位I0为入射线强度，I为透射线强度，T为材料厚度，μ为衰减系数此方法对被检测材料要求低，检验结果简单直观，易于观察，可以长期保存。适用于复合材料中的孔隙、夹杂物、贫胶等体积型缺陷的检测，并且有良好的成像效果。但是针对分层缺陷等平面型缺陷，射线能量变化小，分辨率低，检测较为困难。此外射线检测对人身安全方面有较大的影响，操作者需要经过专门的训练由公

6、式可知，在入射线强度相同的情况下，透射射线的强度与材料的厚度，衰减系数有关碳纤维复合材料无损检测研究概况碳纤维复合材料常规检测方法2.涡流检测技术11根据电磁感应原理来实现对工件的无损检测，通过检测材料内部感生涡流的变化来对材料内部的缺陷实现定位。当被检测金属工件存在缺陷时，就会导致感应涡流场强度发生变化，分布发生改变，线圈阻抗也发生变化高灵敏度，适用于检测非磁性含金属材料，可以自动对准工件探伤，不需要耦合剂。但是其局限性表现在穿透能力弱，难以判断缺陷的种类。又由于涡流是交变电流，因此涡流检测技术非常适用于检测表面缺陷和近表面缺陷。碳纤维复合材料无损检测研究概况碳纤维复合材料常规检

7、测方法3.微波检测技术12微波检测技术主要是利用波长在0.001m到1m的电磁波在非金属复合材料中穿透力强，衰减小等特点实现对复合材料缺陷的检测微波检测只是对常见的分层、脱粘、气孔等有较好的检测效果，该方法仅适用于对较大面积的缺陷检测这些常规的无损检测方法解决了无损检测领域中的许多问题，各有优势，但是面对较为复杂的构件，常规检测方法显得有些力不从心，需要寻求新方法、新技术。因此，闪光热成像方法、错位散斑干涉法、超声红外热成像法和超声相控阵检测技术等新型检测方法应运而生