纤维复合材料的无损检验.pptVIP

第八节 纤维复合材料 的无损检验 即使对于结构形式最简单的单向复合材料层合板，理论上预测的性能与其实际性能也有一定偏差。要全面和准确地掌握复合材料的性能需要一系列测试 手段。测试的结果不仅可作为反映材料性能、确定结构设计和选择工艺参数的依据，而且也是检验理论设计模型是否满足实际要求、促进政府研究不断深入的重要依据。 山 通常，复合材料的测试方法可以分成两类，即破坏性试验和非破坏性试验（即无损检验）。破坏性试验主要包括拉伸、弯曲、冲击、剪切、压缩、硬度等力学性能以及击穿电压、缠绕复合材料的爆破压力等试验，测试后试样的性能和外形受到破坏，故称之为破坏性试验。在无损检验中，测试 后试样的性能和外观不变，仍具有使用价值。目前，无损检验的目的已不再仅仅限于判别复合材料制品是否合格，而更着眼于定量检测材料破坏时其微观结构（包括界面）的变化，判断复合材料使用寿命以及评价修复复合材料构件损伤的措施是否得当等。 复合材料无损检验的内容大致包括：基体的固化状态、孔隙含量、纤维的体积含量、空间分布状态；纤维与基体之间的界面；复合材料的几何结构参数、分层与开裂、裂纹扩展模型及特征；复合材料中所含外来夹杂物；层间及连接件的结合状态；环境条件对复合材料性能的影响等。 无损检验是利用材料物理性质发生因缺陷而引起的变化，在不损害试样使用性能的前提下给予检测和表征的过程。纤维复合材料无损检验的方法主要有超声波法、弹性波法、电磁检测法、射线透过法、全息照相法以及振动势图象法等。值得指出的是，尽管目前无损检验的方法很多，但一般还不能做到在已知化学组成、制造过程以及环境和载荷条件下准确地预测出复合材料的剩余使用寿命。以下简要介绍几种比较常用的方法。 一、超声波和弹性波法 有经验的工人师傅用铁锤敲击物体，根据传来的声响可判断物体内部的善，这与无损检验中广泛采用的超声波探伤原理相似。当超声波脉冲进入被测物体时，通过检测从缺陷处反向的波动（反射法）或检测穿过缺陷部位的波动（穿透法），可以确定材料内部是否存在缺陷以及缺陷的位置等。弹性波法与超声波的测试原理类似，差别仅在于频率不同。对于一般聚合物基纤维复合材料，超声波的频率范围约1～10MHz，而弹性波为1～10KHz左右，属可听音域。 应用超声波和弹性波可检测复合材料内部的气孔、密度变化、夹杂物、层间剥离、疲劳损伤、冲击损伤等缺陷，还可以测定材料的抗张强度、弹性模量等性能参数。 二、射线透过法 X射线、γ射线或中子射线等具有穿透物体的性质，在穿透过程中因散射或吸收使射线强度衰减，其衰减程度因透过材料的厚度、密度及组成而异。如图所示，当X射线透过复合材料时，由于材料内部存在缺陷，在缺陷部分与无缺陷部分之间就出现了透过厚度的差异，导致X射线强度不同，通过底片感光、显象，得到不同明暗程度的图象，从而可以检测出材料内部的缺陷。 X射线透过法对测定复合材料中外来夹杂物、横向裂纹、纤维的取向分布以及基体中的孔隙含量等比较有效。将它与超声波法配合使用是目前评价复合材料质量的重要手段。一般纤维复合材料中基体的密度较低，即使金属基复合材料层合板，其厚度也比较薄，适宜采用较低的X射线，电压数十千伏、最高150千伏左右。能量一定时，对于2㎜厚的合板，X射线可检测的缺陷直径为0.4㎜；8㎜厚的合板为0.8㎜。如果配合使用渗透剂，呆以提高检测精度。常用的渗透剂如硫化染料、四氯甲烷、甲基二碘化物、四溴乙烷等。 * *