碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料孔隙率超聲無(wú)損檢測(cè).pdf

1、碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、比模量，近些年來(lái)，被廣泛應(yīng)用于對(duì)密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域以及要求高溫、高化學(xué)穩(wěn)定性的場(chǎng)合。特別是在航空、艦艇、核能等領(lǐng)域，該類(lèi)復(fù)合材料的使用比例越來(lái)越高，發(fā)展速度非常迅猛，應(yīng)用前景十分廣闊。 由于特殊的制備工藝，在碳纖維復(fù)合材料中或多或少存在一定數(shù)量的微小孔隙。當(dāng)孔隙含量超過(guò)一定界限時(shí)，材料的層間剪切性能和彎曲性能受到嚴(yán)重影響，其使用壽命大大降低。因此，為保證復(fù)合材料

2、的安全使用，應(yīng)當(dāng)使用無(wú)損檢測(cè)方法來(lái)評(píng)定其孔隙含量，即孔隙率。超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)成為檢測(cè)復(fù)合材料孔隙率的重要手段之一。 本研究以手糊熱壓成型的碳纖維單向增強(qiáng)復(fù)合材料為研究對(duì)象，利用超聲衰減法和聲阻抗法對(duì)孔隙率在0.03％～4.96％內(nèi)變化的試樣進(jìn)行了研究，通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建立了相應(yīng)的檢測(cè)模型。論文的主要內(nèi)容如下： 用手糊成型的方式制備了碳纖維單向增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，基于對(duì)大量文獻(xiàn)資料的調(diào)研，確定了脈沖回

3、波底板反射法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，選擇中心頻率為5MHz的平探頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。借助超聲C掃描選擇孔隙率均勻的區(qū)域，并進(jìn)行超聲信號(hào)采集和處理，提取聲衰減系數(shù)和聲阻抗，并將其與破壞法測(cè)得的試樣孔隙率結(jié)合建立相應(yīng)的檢測(cè)模型。對(duì)于聲衰減法而言，當(dāng)孔隙率在0.03％～0.5％之間時(shí)，衰減系數(shù)α與孔隙率P呈線(xiàn)性關(guān)系：α=1.65+1.78P，而孔隙率在0.5％～4.96％之間時(shí)，二者呈二次曲線(xiàn)關(guān)系：α=2.5+0.15P<'2>。對(duì)于聲阻抗法而言，對(duì)孔隙率在

4、0.6％～3.8％內(nèi)的試樣建立的檢測(cè)模型為：Z<,c>=18.48P<'2>-349.53P+4794.30。 分別利用聲衰減法和聲阻抗法對(duì)孔隙率為0.03％～2.21％的試樣進(jìn)行孔隙率超聲檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用聲阻抗法得到的孔隙率測(cè)量結(jié)果的平均絕對(duì)誤差較聲衰減法所得結(jié)果的誤差小0.08％。實(shí)際檢測(cè)時(shí)，可將兩種方法結(jié)合使用，便于檢測(cè)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證。另外，針對(duì)金相法孔隙率測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了不確定度分析，以孔隙率為0.71％的試樣為例