CN112033874A - 获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法 - Google Patents
获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112033874A CN112033874A CN201910481779.6A CN201910481779A CN112033874A CN 112033874 A CN112033874 A CN 112033874A CN 201910481779 A CN201910481779 A CN 201910481779A CN 112033874 A CN112033874 A CN 112033874A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- porosity
- obtaining
- composite material
- strength
- test
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 83
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 100
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 23
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 22
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000011056 performance test Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 24
- 239000002313 adhesive film Substances 0.000 claims description 20
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 10
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 9
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 7
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims description 7
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 7
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 claims description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 9
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 6
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009658 destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 description 1
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/08—Investigating permeability, pore-volume, or surface area of porous materials
- G01N15/088—Investigating volume, surface area, size or distribution of pores; Porosimetry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
- G01N19/04—Measuring adhesive force between materials, e.g. of sealing tape, of coating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N2203/0014—Type of force applied
- G01N2203/0025—Shearing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
- G01N2291/023—Solids
- G01N2291/0231—Composite or layered materials
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
本发明提供了一种获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其包括以下步骤:S1、通过预埋含有不同孔占比的聚四氟乙烯薄膜缺陷的方法获得一系列不同粘接强度的胶接试验件;S2、利用超声检测仪A扫的方法建立超声信号与孔隙率的关系曲线,将胶接试验件进行性能测试,获得孔隙率与力学性能的关系曲线,从而建立超声信号、孔隙率和力学性能的关系曲线;S3、对待测产品进行超声检测仪A扫,获得相应的超声信号,评估待测产品的孔隙率,评估待测产品的力学性能。本发明改变了弱胶接试验件需要靠长期生产过程中积累的传统模式,在短时间即可制造出不同粘接强度的试验件,大大提高对试验件的制造效率。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域,特别涉及一种获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法。
背景技术
在现有技术中,复合材料胶接结构相比于机械紧固件,在抗腐蚀性、密封性、强度、密度等方面具有明显优势,是结构减重的一种重要措施,被广泛应用于航空复合材料零部件中。例如,商用飞机翼面类加筋壁板、尾翼前缘、发动机风扇叶片等。
通常,复合材料胶接结构可以根据制造方法的不同分为三种形式:共固化、共胶接,以及二次胶接。根据胶接基材的种类可分为:复合材料-复合材料胶接结构和复合材料-金属材料胶接结构。
在复合材料胶接过程中,由于压力不均匀或者吸湿等因素会导致胶膜表面形成大量孔洞或者密集孔隙。而先进复合材料的机械性能对孔隙十分敏感,经实验证明,孔隙率在0%~5%时,每增加1%,复合材料的层间剪切强度平均下降7%左右,弯曲强度以10%左右的比例下降。同时拉伸强度、抗疲劳性均会下降。
但是,孔隙对胶接性能有多大影响,尤其是胶接界面的孔隙会影响多少胶接强度,由于到目前为止没有很好的可控制造和定量表征胶接结构中的胶膜孔隙的方法。因此,一直以来都是国际性的技术难题。
传统的不同孔隙含量试验件的制造方法,都是通过改变铺贴、固化工艺来实现。通过改变抽真空、降低固化压力、改变升降温速率这些参数的确可以制造出含孔隙缺陷的试板。
但是绝大多数情况下,这些试板的孔隙率分布非常不均匀(尤其是胶接界面),而且在某一较小均匀的孔隙率范围内(如1~1.5%)无法切割出尺寸大小合适的力学性能测试试样。因此也很难获得足够量的有效试验数据。
有鉴于此,本领域技术人员研究了一种通过超声信号获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,以期克服上述技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中试板的孔隙率不均匀,无法切割出尺寸大小合适的力学性能测试试样的缺陷,提供一种获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:
一种获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特点在于,所述方法包括以下步骤:
S1、通过预埋含有不同孔占比的聚四氟乙烯薄膜缺陷的方法获得一系列不同粘接强度的胶接试验件,用于模拟二次胶接界面的孔隙缺陷;
S2、利用超声检测仪A扫的方法建立超声信号与孔隙率的关系曲线,将所述胶接试验件进行性能测试,获得孔隙率与力学性能的关系曲线,从而建立超声信号、孔隙率和力学性能的关系曲线;
S3、对待测产品进行超声检测仪A扫,获得相应的超声信号,通过所述超声信号与孔隙率的关系曲线评估所述待测产品的孔隙率,通过所述孔隙率与力学性能的关系曲线评估所述待测产品的力学性能。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1中具体包括:
S11、采用聚四氟乙烯薄膜作为人工缺陷材料,在聚四氟乙烯薄膜上制作一系列规则排列的不同形状的孔,其中孔与整个聚四氟乙烯薄膜的面积比定义为孔占比N;
S12、按照不同测试标准设计试验件,同时根据试验件的尺寸和预浸料的厚度进行预浸料的下料和铺贴,完成铺贴后,再按照预浸料的固化制度进行固化;
S13、固化完成后,对所述试验件进行机械加工,获得尺寸相同的上面板和下面板;
S14、使用二次胶接工艺,将带孔的所述聚四氟乙烯薄膜铺贴在胶接界面,并处于胶膜上方,按照胶膜的固化制度胶接所述上面板和所述下面板。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S2中具体包括:
采用超声检测装置对胶接后的所述胶接试验件中的人工缺陷进行扫查,获得不同孔占比的胶接试验件的超声信号,建立孔隙率和超声信号的对应的关系,并进行直线拟合;
获得不同孔隙率(1-N)下谐波幅值衰减斜率k,建立谐波幅值衰减斜率k与孔隙率(1-N)之间的关系及衰减拟合方程。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S2中还包括:
将胶接后的所述上面板和所述下面板进行机械加工,对于每一种孔隙率含量,获得满足测试标准的5-8根试验件;
按照测试标准对所有试验件进行力学性能测试,获得每个试验件的胶接面强度,得到孔隙率(1-N)与强度之间的关系。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S2中还包括:
通过模拟的方法,修正孔隙排列方式对力学性能和超声信号的影响。
建立超声信号幅值衰减、孔隙率和力学性能三者之间的对应关系。
根据本发明的一个实施例,所述超声检测装置采用尺寸为半英寸的晶片。
根据本发明的一个实施例,所述聚氟乙烯薄膜的厚度为0.03mm,下料成250mm×90mm的长方形。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S12具体还包括:
铺贴完成后,在预浸料表面依次铺上第一辅助材料,并在隔离膜上盖上匀压板,然后用真空袋封装进罐,并按照相应的预浸料的固化制度进行固化。
根据本发明的一个实施例,所述第一辅助材料为可剥布、无孔隔离膜、透气毡或隔离膜。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S14具体还包括:
在机械加工后的所述下面板上铺贴胶膜,并在胶膜的中心分别放置几种不同孔占比的人工缺陷,然后盖上所述上面板;
最后在所述上面板上依次铺上第二辅助材料并在隔离层上盖上匀压板,然后用真空袋封装进罐并按照相应的胶膜的固化制度进行固化。
根据本发明的一个实施例,所述第二辅助材料为可剥布、导气层或隔离层。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S13中所述试验件的下料尺寸为270mm×300mm,且余量大于等于15mm。
本发明的积极进步效果在于:
本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法具有如下诸多优势:
一、所述获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法改变了弱胶接试验件需要靠长期生产过程中积累的传统模式,在短时间即可制造出不同粘接强度的试验件,大大提高对试验件的制造效率;
其制造方法简便,且可以推广到不同的测试用途的试验件的制造,为胶接结构中的弱粘接研究提供研究思路;
二、所述获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法能够设计和制造出一系列不同粘接强度的试验件,用于模拟胶接结构中的胶膜孔隙导致的不同弱粘接状态,从而解决了长期以来困扰工业界的胶接结构弱粘接的无损检测检测问题,并通过一套试验件即可得到孔隙含量、无损检测信号和强度的三者之间对应关系曲线,有效节约了研究成本;
三、所述获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法获得的到孔隙含量、无损检测信号和强度的三者之间对应关系曲线,未来可以在不破坏零件完整性的情况下,对待检测零件孔隙率做出较准确的评估。
同时,该待检测零件也可以不通过力学性能测试即可评估力学性能值,评估出孔隙率对力学性能的影响。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显,在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征,其中:
图1为本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法的流程图。
图2为本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法中不同孔占比的带孔聚四氟乙烯薄膜示意图。
图3为本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法中单塔接剪切试验件的示意图。
图4为本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法中胶接示意图。
图5为本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法中不同胶接状态的单塔接剪切试验件超声A扫结果示意图。
图6为本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法中超声波信号-孔隙率关系曲线图。
图7为本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法中剪切强度-孔隙率关系曲线图。
【附图标记】
聚四氟乙烯薄膜 10
胶膜 20
上面板 30
下面板 40
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例,其示例在附图中示出。在任何可能的情况下,在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
此外,尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的,但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的,其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
此外,要求不仅仅通过所使用的实际术语,而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
如图1至图7所示,本发明公开了一种获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其包括以下步骤:
步骤S1、通过预埋含有不同孔占比的聚四氟乙烯薄膜缺陷的方法获得一系列不同粘接强度的胶接试验件,用于模拟二次胶接界面的孔隙缺陷。
优选地,所述步骤S1中具体还包括:
步骤S11、采用聚四氟乙烯薄膜作为人工缺陷材料,在聚四氟乙烯薄膜上制作一系列规则排列的不同形状的孔,其中孔与整个聚四氟乙烯薄膜的面积比定义为孔占比N。
此处,薄膜孔的尺寸设计与间距的设定与后期采用的超声检测探头晶片的尺寸相关,必须保证超声探头在人工缺陷上移动时信号基本稳定。
采用不同尺寸和形状排布的人工缺陷可以实现不同孔占比的精确控制,从而实现胶接强度的精确控制,模拟了不同孔隙含量和粘接强度的试验件。
采用聚四氟乙烯薄膜这种材料,不仅具有较高的声衰减特性,而且比较容易制备出规则的多孔结构,具有较好的铺贴性。
步骤S12、按照不同测试标准设计试验件,同时根据试验件的尺寸和预浸料的厚度进行预浸料的下料和铺贴,完成铺贴后,再按照预浸料的固化制度进行固化。
其中,在铺贴完成后,在预浸料表面依次铺上第一辅助材料,并在隔离膜上盖上匀压板;
然后用真空袋封装进罐,并按照相应的预浸料的固化制度进行固化。所述第一辅助材料优选为可剥布、无孔隔离膜、透气毡或隔离膜。
步骤S13、固化完成后,对所述试验件进行机械加工,获得尺寸相同的上面板和下面板。
步骤S14、使用二次胶接工艺,将带孔的聚四氟乙烯薄膜10铺贴在胶接界面,并处于胶膜20上方(如图4所示),按照胶膜的固化制度胶接上面板30和下面板40。
在这种人工缺陷设计下,孔的位置有利于胶膜的渗入,为粘接良好区域;聚四氟乙烯薄膜区域为脱粘区域,这种良好区域和脱粘区域的规则排列,用来模拟含孔隙的弱粘接状态,不同N值的人工缺陷代表不同程度的弱粘接状态,(1-N)代表孔隙含量。
此处,二次胶接工艺能够有效避免由于胶膜和预浸料流动浸润导致的胶接孔的边缘效应。
所述步骤S14具体还包括:在机械加工后的所述下面板上铺贴胶膜,并在胶膜的中心分别放置几种不同孔占比的人工缺陷,然后盖上所述上面板。
最后在所述上面板上依次铺上第二辅助材料并在隔离层上盖上匀压板,然后用真空袋封装进罐并按照相应的胶膜的固化制度进行固化。所述第二辅助材料为可剥布、导气层或隔离层。
步骤S2、利用超声检测仪A扫的方法建立超声信号与孔隙率的关系曲线,将所述胶接试验件进行性能测试,获得孔隙率与力学性能的关系曲线,从而建立超声信号、孔隙率和力学性能的关系曲线。
优选地,所述步骤S2中具体还包括:
采用超声检测装置对胶接后的所述胶接试验件中的人工缺陷进行扫查,获得不同孔占比的胶接试验件的超声信号,建立孔隙率和超声信号的对应的关系,并进行直线拟合;
获得不同孔隙率(1-N)下谐波幅值衰减斜率k,建立谐波幅值衰减斜率k与孔隙率(1-N)之间的关系及衰减拟合方程。
其中,所述超声检测装置优选地采用尺寸为半英寸(即12.7mm)的晶片。
更进一步地,所述步骤S2中还包括:
将胶接后的所述上面板和所述下面板进行机械加工,对于每一种孔隙率含量,获得满足测试标准的5-8根试验件;
按照测试标准对所有试验件进行力学性能测试,获得每个试验件的胶接面强度,得到孔隙率(1-N)与强度之间的关系。
所述步骤S2中还包括:
通过模拟的方法,修正孔隙排列方式对力学性能和超声信号的影响。
建立超声信号幅值衰减、孔隙率和力学性能三者之间的对应关系。
步骤S3、对待测产品进行超声检测仪A扫,获得相应的超声信号,通过所述超声信号与孔隙率的关系曲线评估所述待测产品的孔隙率,通过所述孔隙率与力学性能的关系曲线评估所述待测产品的力学性能。
根据上述描述,以下结合具体实施例,对本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法作进一步的说明:
第一步,选取厚度为0.03mm厚的聚四氟乙烯塑料,下料成250mm*90mm的长方形,制作人工缺陷。
这种厚度的人工缺陷,不仅可以满足超声脉冲反射法检测灵敏度要求,还可以兼顾力学性能测试试样人工缺陷的制作要求(力学性能测试用试样中人工缺陷越薄越好,可以避免胶接过程中胶的流动和浸润导致的台阶问题),可以有效隔绝上下基材的粘接但同时又不影响孔洞区域上下基材的粘接强度。
第二步,采用打孔设备,在聚四氟乙烯塑料上机械加工出不同孔占比的带孔塑料,用于模拟不同的胶膜孔隙状态(如图2所示),采用丙酮擦洗干净带孔塑料膜以备后续胶接用。
第三步,按照图3中单搭接剪切试验件的尺寸要求设计试验件,考虑预浸料的铺层角度和厚度进行下料,下料尺寸优选为270mm×300mm(其中270mm方向为0°方向),并预留不少于15mm余量。
第四步,铺贴完成后,在预浸料表面依次铺上第一辅助材料,所述第一辅助材料优选为可剥布、无孔隔离膜、透气毡或隔离膜,并在隔离膜上盖上匀压板,然后用真空袋封装进罐并按照相应的预浸料的固化制度进行固化。
第五步,将固化后的面板进行机械加工,此处注意机械加工不能产生分层、纤维拔出等缺陷,切割成上下两块面板。
第六步,如图4所示,在机械加工后的下面板40上铺贴胶膜20,并在胶膜20的中心分别放置几种不同孔占比的人工缺陷(聚四氟乙烯薄膜10),然后盖上上面板30,最后在上面板30上依次铺上第二辅助材料。
所述第二辅助材料优选为可剥布、导气层或隔离层,并在隔离层上盖上匀压板,然后用真空袋封装进罐并按照相应的胶膜的固化制度进行固化。
第七步,固化结束后,除去试板表面的辅助材料,采用便携式超声检测仪,选用晶片尺寸为1/2英寸、频率为5MHz的探头,对试块中的人工缺陷进行扫查。得到缺陷导致的弱粘接的超声信号A扫信号,可用于模拟胶膜孔隙引起的弱粘接状态(如图5所示)。
第八步,记录胶接界面的超声信号高度,建立孔占比N与超声信号的对应关系曲线(如图6所示)。
第九步,将试验件加工至要求尺寸190.5±0.7mm*25.4±0.7mm,以备单搭接剪切试验。
第十步,按照测试标准进行单搭接剪切试验,试验过程中在试验件下加合适的垫板,防止试样悬空,得到每个试验件的极限破坏载荷F,试验结果符合预期内聚破坏。
第十一步,按照下述公式(1)计算出整个面板的单搭接剪切强度,获得孔隙率(1-N)与剪切强度的对应关系(如图7所示)。
假设一个胶接大板可以机械加工出n个单搭接剪切试验件,每个单搭接剪切试验件的破坏载荷是F1…n,整个大板的搭接面积是S,孔占比是N,则整个大板的剪切强度P是:
由此可见,本发明所述方法可以获得弱粘接程度(N)、超声信号和剪切强度的对应关系,并通过模拟证明,当孔隙率较低的情况下,孔隙的排列方式对性能影响可忽略,试验获得的曲线具有普适性。
因此,未来待检试验件,无需破坏试验,只需要通过胶接界面的超声信号即可推测出界面的孔隙含量及胶接界面的强度,可以大大提高检测效率并节约成本。
根据上述描述,本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法采用一种人工缺陷模拟胶接结构中胶膜孔隙的方式,设计并制作了一系列含有不同孔隙含量的力学性能测试试验件,并结合适用的无损检测检测方法和力学性能测试,建立材料孔隙率-超声信号幅值衰减斜率-力学性能三者之间的对应关系。根据此关系曲线即可仅仅通过胶接面的超声波信号强度,推测出所有未来待检测材料孔隙率及力学性能值。
本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法解决了具有不同孔隙率的胶接结构对比试块的精确设计和可控制造的难题,获得一系列不同孔隙含量的胶接界面对比试块。解决了具有不同孔隙率的复合材料胶接界面的缺陷检测和强度定量化表征问题,获得了孔隙率对胶接强度影响的定量关系。
同时,其还建立了超声信号幅值衰减、孔隙率和力学性能三者之间的对应关系,可以仅仅通过试验件的A扫超声波信号来推测出试验件胶接界面的孔隙含量以及胶接面的强度值。
本发明可以在不破坏零件完整性的情况下对零件孔隙率做出较准确的评估,方便快捷、准确、效率高。同时也可以不通过破坏试验获得不同孔隙含量的试验件的力学性能值,评估出孔隙率对力学性能的影响。
综上所述,本发明获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法具有如下诸多优势:
一、所述获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法改变了弱胶接试验件需要靠长期生产过程中积累的传统模式,在短时间即可制造出不同粘接强度的试验件,大大提高对试验件的制造效率,制造方法简便,且可以推广到不同的测试用途的试验件的制造,为胶接结构中的弱粘接研究提供研究思路。
二、所述获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法能够设计和制造出一系列不同粘接强度的试验件,用于模拟胶接结构中的胶膜孔隙导致的不同弱粘接状态,从而解决了长期以来困扰工业界的胶接结构弱粘接的无损检测检测问题,并通过一套试验件即可得到孔隙含量、无损检测信号和强度的三者之间对应关系曲线,有效节约了研究成本。
三、所述获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法获得的到孔隙含量-无损检测信号-强度的三者之间对应关系曲线,未来可以在不破坏零件完整性的情况下,对待检测零件孔隙率做出较准确的评估。
同时,该待检测零件也可以不通过力学性能测试即可评估力学性能值,评估出孔隙率对力学性能的影响。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这些仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式作出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1、通过预埋含有不同孔占比的聚四氟乙烯薄膜缺陷的方法获得一系列不同粘接强度的胶接试验件,用于模拟二次胶接界面的孔隙缺陷;
S2、利用超声检测仪A扫的方法建立超声信号与孔隙率的关系曲线,将所述胶接试验件进行性能测试,获得孔隙率与力学性能的关系曲线,从而建立超声信号、孔隙率和力学性能的关系曲线;
S3、对待测产品进行超声检测仪A扫,获得相应的超声信号,通过所述超声信号与孔隙率的关系曲线评估所述待测产品的孔隙率,通过所述孔隙率与力学性能的关系曲线评估所述待测产品的力学性能。
2.如权利要求1所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述步骤S1中具体包括:
S11、采用聚四氟乙烯薄膜作为人工缺陷材料,在聚四氟乙烯薄膜上制作一系列规则排列的不同形状的孔,其中孔与整个聚四氟乙烯薄膜的面积比定义为孔占比N;
S12、按照不同测试标准设计试验件,同时根据试验件的尺寸和预浸料的厚度进行预浸料的下料和铺贴,完成铺贴后,再按照预浸料的固化制度进行固化;
S13、固化完成后,对所述试验件进行机械加工,获得尺寸相同的上面板和下面板;
S14、使用二次胶接工艺,将带孔的所述聚四氟乙烯薄膜铺贴在胶接界面,并处于胶膜上方,按照胶膜的固化制度胶接所述上面板和所述下面板。
3.如权利要求1所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述步骤S2中具体包括:
采用超声检测装置对胶接后的所述胶接试验件中的人工缺陷进行扫查,获得不同孔占比的胶接试验件的超声信号,建立孔隙率和超声信号的对应的关系,并进行直线拟合;
获得不同孔隙率(1-N)下谐波幅值衰减斜率k,建立谐波幅值衰减斜率k与孔隙率(1-N)之间的关系及衰减拟合方程。
4.如权利要求3所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述步骤S2中还包括:
将胶接后的所述上面板和所述下面板进行机械加工,对于每一种孔隙率含量,获得满足测试标准的5-8根试验件;
按照测试标准对所有试验件进行力学性能测试,获得每个试验件的胶接面强度,得到孔隙率(1-N)与强度之间的关系。
5.如权利要求4所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述步骤S2中还包括:
通过模拟的方法,修正孔隙排列方式对力学性能和超声信号的影响。
建立超声信号幅值衰减、孔隙率和力学性能三者之间的对应关系。
6.如权利要求3所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述超声检测装置采用尺寸为半英寸的晶片。
7.如权利要求2所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述聚氟乙烯薄膜的厚度为0.03mm,下料成250mm×90mm的长方形。
8.如权利要求2所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述步骤S12具体还包括:
铺贴完成后,在预浸料表面依次铺上第一辅助材料,并在隔离膜上盖上匀压板,然后用真空袋封装进罐,并按照相应的预浸料的固化制度进行固化。
9.如权利要求8所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述第一辅助材料为可剥布、无孔隔离膜、透气毡或隔离膜。
10.如权利要求2所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述步骤S14具体还包括:
在机械加工后的所述下面板上铺贴胶膜,并在胶膜的中心分别放置几种不同孔占比的人工缺陷,然后盖上所述上面板,最后在所述上面板上依次铺上第二辅助材料并在隔离层上盖上匀压板,然后用真空袋封装进罐并按照相应的胶膜的固化制度进行固化。
11.如权利要求10所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述第二辅助材料为可剥布、导气层或隔离层。
12.如权利要求2所述的获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法,其特征在于,所述步骤S13中所述试验件的下料尺寸为270mm×300mm,且余量大于等于15mm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910481779.6A CN112033874A (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910481779.6A CN112033874A (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112033874A true CN112033874A (zh) | 2020-12-04 |
Family
ID=73576183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910481779.6A Pending CN112033874A (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112033874A (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113324812A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-31 | 浙江大学 | 一种弱胶接可控缺陷试验件及其制造技术和无损检测方法 |
CN113720664A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-30 | 中国飞机强度研究所 | 一种复合材料层板结构分层缺陷检测的对比试块制作方法 |
CN113848247A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 中国航空制造技术研究院 | 复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法 |
CN114112355A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-03-01 | 中国直升机设计研究所 | 一种复合材料结构孔隙缺陷预制的替代方法 |
CN114563322A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-31 | 武汉理工大学 | 一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征及调控方法 |
CN113848247B (zh) * | 2021-09-18 | 2024-06-07 | 中国航空制造技术研究院 | 复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103279609A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-09-04 | 上海飞机制造有限公司 | 含孔隙复合材料超声衰减系数的细观仿真分析方法 |
CN104786523A (zh) * | 2015-04-08 | 2015-07-22 | 东华大学 | 一种树脂传递模塑成型复合材料孔隙率检测标块及其制备方法 |
CN106323834A (zh) * | 2016-08-03 | 2017-01-11 | 中国商用飞机有限责任公司 | 碳纤维复合材料孔隙率对比试块的标定方法 |
CN107379576A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-11-24 | 中航通飞华南飞机工业有限公司 | 一种碳纤维复合材料孔隙率检测对比试块的制造方法 |
CN107860696A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-03-30 | 南昌航空大学 | 碳纤维增强树脂基复合材料层板孔隙率的超声检测方法 |
CN109406630A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-03-01 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块及其制作方法 |
-
2019
- 2019-06-04 CN CN201910481779.6A patent/CN112033874A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103279609A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-09-04 | 上海飞机制造有限公司 | 含孔隙复合材料超声衰减系数的细观仿真分析方法 |
CN104786523A (zh) * | 2015-04-08 | 2015-07-22 | 东华大学 | 一种树脂传递模塑成型复合材料孔隙率检测标块及其制备方法 |
CN106323834A (zh) * | 2016-08-03 | 2017-01-11 | 中国商用飞机有限责任公司 | 碳纤维复合材料孔隙率对比试块的标定方法 |
CN107379576A (zh) * | 2016-11-11 | 2017-11-24 | 中航通飞华南飞机工业有限公司 | 一种碳纤维复合材料孔隙率检测对比试块的制造方法 |
CN107860696A (zh) * | 2017-10-23 | 2018-03-30 | 南昌航空大学 | 碳纤维增强树脂基复合材料层板孔隙率的超声检测方法 |
CN109406630A (zh) * | 2018-10-15 | 2019-03-01 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 一种用于涂层复合材料结构超声检测的对比试块及其制作方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
周正干 等: ""航空复合材料先进超声无损检测技术"", 《论坛》, no. 4, 31 December 2013 (2013-12-31), pages 40 - 43 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113324812A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-08-31 | 浙江大学 | 一种弱胶接可控缺陷试验件及其制造技术和无损检测方法 |
CN113720664A (zh) * | 2021-08-20 | 2021-11-30 | 中国飞机强度研究所 | 一种复合材料层板结构分层缺陷检测的对比试块制作方法 |
CN113720664B (zh) * | 2021-08-20 | 2024-05-24 | 中国飞机强度研究所 | 一种复合材料层板结构分层缺陷检测的对比试块制作方法 |
CN113848247A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-28 | 中国航空制造技术研究院 | 复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法 |
CN113848247B (zh) * | 2021-09-18 | 2024-06-07 | 中国航空制造技术研究院 | 复合材料层压结构制孔区检测方法、试块及制作方法 |
CN114112355A (zh) * | 2021-11-19 | 2022-03-01 | 中国直升机设计研究所 | 一种复合材料结构孔隙缺陷预制的替代方法 |
CN114112355B (zh) * | 2021-11-19 | 2023-11-28 | 中国直升机设计研究所 | 一种复合材料结构孔隙缺陷预制的替代方法 |
CN114563322A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-05-31 | 武汉理工大学 | 一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征及调控方法 |
CN114563322B (zh) * | 2022-01-28 | 2023-12-19 | 武汉理工大学 | 一种铝合金/聚合物叠层材料中铝合金表面腐蚀微结构的表征及调控方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112033874A (zh) | 获得复合材料胶接界面孔隙率及界面强度的方法 | |
EP2769834B1 (en) | An artificially defective cured laminate. | |
CN109406629A (zh) | 一种用于复合材料结构超声检测的r角试块及制作方法 | |
US10488369B2 (en) | Method for creating a structure for calibration or verification for non-destructive evaluation inspection | |
CN104407060A (zh) | 一种复合材料孔隙率对比试块的制造方法 | |
KR101889894B1 (ko) | 바닥 언더레이 | |
US20070125177A1 (en) | Tapered ultrasonic reference standard | |
CN111551485B (zh) | 一种改进的复合材料层合板i/ii混合型层间断裂韧性测试方法 | |
WO2009023170A2 (en) | Structural laminates made with novel facing sheets | |
US20150125686A1 (en) | Structural element and method for the production thereof | |
US4828635A (en) | Laminated, thermal insulation panel | |
CN209311394U (zh) | 一种用于复合材料结构超声检测的r角试块 | |
CN111413415A (zh) | 一种r角结构试块制作模具及制作与缺陷检测方法 | |
CN109521093A (zh) | 一种应用于大厚度碳纤维复合材料检测的超声对比试块 | |
Zhuang et al. | Bondline integrity monitoring of adhesively bonded structures via an electromechanical impedance based approach | |
RU2627539C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля клеевого соединения монолитных листов из полимерных композиционных материалов | |
Poveromo et al. | Analysis of “kiss” bonds between composite laminates | |
RU2756488C1 (ru) | Способ изготовления эталонного образца из волоконно-пластмассового композита и способ испытания | |
CN111208195B (zh) | 胶接质量的检测结构以及检测方法 | |
Mal et al. | NDE of composite structures using ultrasonic guided waves | |
CN108918668B (zh) | 基于公共外切圆的复合材料椭圆损伤定位检测方法 | |
WO2011111868A1 (ja) | 被試験体の架橋密度の測定方法、被試験体の架橋密度の条件設定方法、ラミネート加工製品のラミネート処理方法、被試験体の架橋密度の測定装置、被試験体の架橋密度の調整装置 | |
TWM617624U (zh) | 裝飾板的安裝結構 | |
JP3506868B2 (ja) | 繊維強化樹脂複合材の人工欠陥材およびその製造方法 | |
RU2701204C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля монолитного листа совместно с клеевым слоем в многослойных конструкциях из полимерных композиционных материалов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |