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中国工业检验检测网中国工业检验检测网 PMI 泡沫复合材料夹层结构的无损检测方法 摘要：本文主要讲述了目前适用于PMI泡沫夹层结构的各种无损检测方法。 回顾了泡沫夹层结构常用的无损检测方法：空气耦合超声方法、脉冲回波超声方 法以及激光错位散斑干涉方法。针对不同的缺陷形式，对比了无损检测的效果。 关键字：PMI泡沫夹层结构，空气耦合超声无损检测，脉冲回波，激光错位 散斑干涉，无损检测 前言 简单的夹层结构由三部分组成：面板，芯材和胶接，通过胶接在前面两个组 分之间传递载荷。夹层结构能够达到的作用是通过让轻质、有一定厚度的芯材承 受剪应力，同时将两个相对比较坚韧、薄的承载面板隔开。 图1，相同面板材料夹层结构的机理 图2，ROHACELL泡沫结构 对于面板，主要考虑的是材料的强度和刚度，但是对于芯材，主要目的是为 了最大幅度的减轻重量。在飞机结构中，芯材通常使用铝蜂窝、泡沫或NOMEX® 蜂窝。铝蜂窝或NOMEX®蜂窝，具有压缩模量高，重量轻的优点，是航空领域广 泛使用夹芯材料，通常与碳/玻璃纤维预浸料一起使用。这里主要讨论泡沫芯材 夹层结构的无损检测。在先进复合材料领域，最常用的夹层结构的芯材是PMI 1 中国工业检验检测网 泡沫，ROHACELL®是赢创德固赛公司生产的PMI泡沫，参见图2。泡沫芯材夹层 结构常用在机翼前缘和方向舵，起落架舱门，翼身/翼尖整流罩等。 和蜂窝夹层结构相似，泡沫复合材料常见的缺陷有： 1. 复合材料面板的缺陷，例如划伤、裂纹、气孔，夹杂等 2. 复合材料面板和泡沫芯材的粘接缺陷，例如脱粘 3. 泡沫芯的损坏 针对这些缺陷, 相应地发展起了多种无损检测方法。不过, 泡沫夹层结构一 般面板的检测面积大、厚度薄, 而且呈现低的导热性和导电性、泡沫材料的声衰 减较大，所以, 其与一般复合材料的无损检测具有明显差别。目前，适用于PMI 泡沫夹芯结构的无损检测方法主要有超声无损检测和激光错位散斑干涉无损检 测[1,2] 。 一、空气耦合超声无损检测[4,5] 复合材料最常用的无损检测方法是超声检测。测量出的超声参数包含大量复 合材料质量的相关信息。通常，用超声方法可以检测复合材料结构中的分层、夹 杂、树脂疏松与裂纹、气孔等。波的参数，包括声衰减和速度，可以用来确定材 料的性能，例如孔隙率、刚度等，如果已知密度，可以得到材料的刚度。材料的 声阻抗 ，其中 是材料的密度， 是材料中声音传播的速度。声强反射率R， ，R是界面上的反射波的声强IY与入射波的声强I0的比值. 2 中国工业检验检测网 表1、材料的超声反射特性 为使超声波以常用的压电转换器为声源进入试件，一般需用耦合剂，耦合剂 的作用是让超声有效地传入工件。由于空气和一般的复合材料或者金属工件的声 特性阻抗有很大的不同，参见表1。这导致大部分声能在界面处被反射