自動化檢測在航空復(fù)合材料中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：超聲檢測自動化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)仿形缺陷分析duetothecharacteristicsofmaterials,someharmfuldefectswillbeproducedinnondestructivetestingsystem,theprofcomplexcurvedsurfacecanberea第1章前言3.通過5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)自能檢測及評價1.1課題的來源和目的法1。無損檢測技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了無損探傷NDI,無損檢測NDT,無損評價NDE。常規(guī)的的檢測方法有射線檢測RT,超聲波檢測UT,磁粉檢測MT,滲透檢測PT,渦流檢測ET,聲發(fā)1.2自動化檢測1.3論文研究的意義1.3.1項(xiàng)目背景構(gòu)C掃描圖，需要根據(jù)復(fù)雜曲面工件實(shí)時展開，投射成平面C掃描圖，從而進(jìn)行缺陷的實(shí)2.1.2復(fù)合材料性能由于復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、較高的比強(qiáng)度、比模量、較好的延展性、抗腐蝕、導(dǎo)熱、靈活性和易加工性等特點(diǎn)，所以是制造飛機(jī)、火箭、航天飛行器等軍事武器的理想材料不同于與傳統(tǒng)的纖維材料，碳纖維復(fù)合材料的重量非常輕，碳纖維材料的密度為1.7g/cm3,與傳統(tǒng)航空材料鋁比較，鋁的密度為2.7g/cm3,重量為鋁的60%左右。碳纖維復(fù)合材料的減重突出。碳纖維材料不僅重量較輕，相比其他玻璃纖維材料具有更高的強(qiáng)度和硬度，與金屬比較，性能優(yōu)勢明顯。在航空領(lǐng)域，實(shí)用碳纖維復(fù)合材料替代金屬材料，從而整體提升產(chǎn)品的性能。碳纖維復(fù)合材料的輕度高，它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa也高于鋼CFRP復(fù)合材料盡管重量輕，然而相比于玻璃纖維復(fù)合材料，每(1)碳纖維預(yù)浸料熱壓罐制造工藝按照規(guī)定的鋪層順序鋪貼到工裝模具上，鋪層方向一般為0°,45°,90°,相互交錯鋪(2)自動鋪帶(ATL)及自動纖維鋪放(AFP)工藝(3)熱壓罐工藝度約為180°C,壓力為6bar.對于包裝好的預(yù)浸料鋪層放入熱壓罐2.3航空復(fù)合材料在飛機(jī)制造上的應(yīng)用航空復(fù)合材料重量輕，比強(qiáng)度高，廣泛應(yīng)用于航空制造行業(yè)，在民用飛機(jī)制造應(yīng)用比例不斷提升，經(jīng)濟(jì)效率明顯。詳見圖1.對于國際上兩大主要客機(jī)制造商，波音公司的新一代客機(jī)B787機(jī)身復(fù)合材料的應(yīng)用比列已提升到了50%,而空中客車的寬體客機(jī)A350,復(fù)材用量達(dá)到了52%。對于國內(nèi)起步較晚的中國商飛C919復(fù)材用量達(dá)到12%,正在研制的寬體客機(jī)C929復(fù)材用量也將達(dá)到50%。復(fù)合材料的應(yīng)用比例已近成為衡量客機(jī)先進(jìn)性重要指B767:40%圖1大型客機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用比例公司采用了復(fù)合材料葉片，相比金屬鑄造葉片，降低發(fā)動機(jī)重量，對于鳥撞葉片撕后機(jī)身球面框■碳汗維層合板福碳纖維夾層結(jié)構(gòu)雷達(dá)取制翼、猶流板中央翼圖2復(fù)合材料在航空飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用波方向性好，能量高，能在界面上發(fā)生反射，折射，衍射和波形轉(zhuǎn)換，且穿透能力強(qiáng)，使其廣泛用于無損檢測4]。超聲波一般分為縱波和橫波，復(fù)合材料衰減較大，一般應(yīng)用縱波檢測。超聲波探頭通過壓電晶片效應(yīng)發(fā)射超聲波場只能檢測位于其場中位置的缺陷，故需研究波源軸線上的聲壓分布情況超聲波從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)中時，超聲波在兩種介質(zhì)不同的分界面上，一部分超聲波能量反射回原來傳播介質(zhì)，稱為反射波；另外一部分超聲波能量會透過界面，在另外一種介質(zhì)中繼續(xù)傳播，透過的超聲波稱為透射波。超聲波的聲壓及聲強(qiáng)在界面上的傳播都遵循這一規(guī)律。式中聲阻抗Z=pc,p為介質(zhì)中的密度，c為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度。碳纖維聲阻抗s,水聲阻抗,空氣聲阻抗z=0.00004×超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的不斷增加，超聲波的傳輸信號不斷減弱的現(xiàn)象稱為超聲波的信號衰減。會引起超聲波傳輸信號衰減的主要因素有，超聲波的聲束擴(kuò)散，傳輸介質(zhì)中對聲波的吸收及傳輸介質(zhì)中材料的晶粒大小對聲波的散射。式中e為自然對數(shù)指數(shù)。1脈沖反射法(A掃)超聲波探頭發(fā)射的超聲波，通過耦合介質(zhì)傳輸?shù)奖粰z測工件，2穿透法(C掃描)多為自動化掃描裝置，超聲發(fā)射探頭與接收探頭置于被檢測工件完好區(qū)被事完好區(qū)被事□缺陷區(qū)完好區(qū)圖3反射法與穿透法檢測波形示意圖中機(jī)械掃描編碼單元X軸，20M,最大速度1000mm/s,精度0.1mmA51軸，+/-110°,最大速度36°/s,精度0.2°A61軸，+/-180°,最大速度36°/s,精度0.2°數(shù)模導(dǎo)入數(shù)模導(dǎo)入圖5曲面工件檢測步驟示意圖對于檢測狀態(tài)與實(shí)際數(shù)模有區(qū)別是，需要采用采點(diǎn)重構(gòu)仿行。經(jīng)激光測量器安裝在掃查軸上，按照每一個切面進(jìn)行采集仿行，等距離每一個切面，每個切面又等距離N個點(diǎn)，逐次測量每個點(diǎn)距離零件距離，完成一個且面后，進(jìn)行下一個切面采點(diǎn)。將采集點(diǎn)逐次相連，及形成采點(diǎn)仿行。當(dāng)采集的點(diǎn)越密集時，零件的曲面越真實(shí)。見圖6-7圖6曲面采點(diǎn)仿行圖7計算機(jī)規(guī)劃掃查路徑圖8自動化無損檢測現(xiàn)場圖成效；檢測時間從2小時縮短為5分鐘，對比試塊減少50%以上。