复合材料检测技术共50页文档

5、热图法
原理：通过探测零件表面各部位的温度变化（表面0.1oC的变化）
红外检测（绝对零度以上发射红外线）
适用：脱胶、撞伤、积水（图像 中有明亮斑痕） 特点： ➢ 非接触，不受结构形状影响 ➢ 快速高效 ➢ 检测灵敏度高 ➢ 可成像显示、记录 ➢ 通常需对被检结构加热
热加载方式：
1）有源：接触（传导）
非接触（辐射或对流）
2）无源：物体机械变形、振动等自身产生的红外辐射
6、谐振法
原理：通过检测系统的谐振特性变化
（阻抗变化导致谐振峰值、频率等变化，可扫频）
特点：
➢ 面接触，需耦合剂 ➢ 效率不如阻抗法 ➢ 适合脱粘损伤检测
7、全息干涉法
原理：两束光波相遇产生干涉 两束光波需满足：
➢ 频率相同 ➢ 相位差恒定 ➢ 振动方向一致 若光波照射区域内有缺陷，相干光波到达时的光程不同，产 生干涉条纹畸变。通过干涉条纹的数量和分布确定缺陷大小、 部位等。
❖ 目视检测原理及特点 ❖ 敲击检测原理及特点 ❖ 阻抗检测原理及特点 ❖ X射线检测原理及特点 ❖ 红外热图检测原理及特点 ❖ 谐振检测原理及特点 ❖ 全息干涉检测原理及特点 ❖ 超声检测原理及特点：超声反射、超声穿透 ❖ 涡流检测检测原理及特点 ❖ 雷达罩修理检测原理
如果把线圈靠近被测工件，根据 电磁感应原理，磁通量发生变化， 工件内会感应出交电流，即涡流， 由于涡流的大小随工件内有没有 缺陷而不同，受涡流影响，线圈 内电流会发生变化，从而反映出 有无缺陷。
适用：
只能检测导电材料的表面和近表面缺陷（如碳纤维复合材 料中的纤维断裂） ➢ 高频涡流：表面或近表面纤维断裂和裂纹 ➢ 低频涡流：表面以下部分裂纹
最长轴单边至少扩大100mm的圆形区域

7
五、超声波检测
原理：利用缺陷与基体间不同特征引起的波长吸收/反射差 异来判定被测物（20KHz）；
优势
1. 操作简单；
局限
1. 不同的缺陷需使用
不同的探头； 2. 对人员要求高；
2. 可定位缺陷位置；
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五、超声波检测
9
五、超声波检测
适用于：分层，孔隙等缺陷；
大型蜂窝结构部件、大曲面结构部件
3
三、X射线检测
原理：利用缺陷与基体间的密度差异引起的X射线吸收率；
局限
1. 设备复杂成本高； 2. 需安全防护； 3. 无法现场检测；
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三、X射线检测
适用于：检测材料中的孔隙（黑影），裂纹（黑纹）， 纤维屈曲（白纹），夹杂（白点）等 缺陷；
黑纹 白点
黑影
中小型复材部件
5
四、红外热成像检测
原理：利用缺陷与基体间不同热特征引起的温度差异来 判定被测物；
优势
1. 操作方便； 2. 设备简单； 3. 可现场检测；
局限
1. 要求工件传热性好； 2. 测试深度有限； 3. 灵敏度不高；
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四、红外热成像检测
适用于：脱粘，分层等面积性缺陷；
复材薄板与金属胶接
复材无损检测技术
2018-4-27
目录
01-02 03-03 04-05 06-07 08-10
复材常见缺陷 复材常见检测技术 X射线检测
红外热成像检测
超声波检测
一、复材常见缺陷
分层
纤维弯曲
孔隙
基体开裂、脱粘
纤维断裂、突出
冲击、撞伤损伤
1
一、复材常见缺陷
1
分层： 存储时间过长；热膨胀系数不匹配；挥发物产生

开孔拉伸和压缩强度试验
第十七页，共47页。
开孔拉伸和压缩强度试验
开孔拉伸强度试验
HB 6740－93 碳纤维复合材料层压板开孔拉伸试验方法
第十八页，共47页。
开孔拉伸和压缩强度试验
开孔压缩强度试验
HB 6741－93 碳纤维复合材料层压板开孔压缩试验方法
第十九页，共47页。
冲击后压缩强度
冲击损伤
渗透
第四十六页，共47页。
检测方法的选择
不同类型结构检测方法的选择
结构 层压板结构
蜂窝组件 胶结连接
形状
无特殊要求
成形结构（正弦式或 凹面形状） 平面形
平面形 平面形 成形件
检测方法
穿透法超声C －扫描 回波法超声C －扫描
穿透接触法 回波接触法 射线照相 脉冲回波数字测厚 穿透法超声C －扫描 射线照相
复合材料检测技术演示文稿
第一页，共47页。
第二页，共47页。
复合材料检测技术
教学内容
第2章 （2讲）
CMC用 基体材料
第6章 （2讲） 检测加工及评价
非金属基复合材 料
第3章 （1讲）
CMC用 增强材料
CMC的 制备技术
CMC的界面和增 韧机理
其它非金属基复合材料
第4章 （2讲）
第5章 （2讲）
第十四页，共47页。
弯曲性能试验
GB/T 3356-1999 单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法 测试：弯曲强度f和弯曲模量Ef
第十五页，共47页。
层合板韧性性能试验
开孔拉伸强度试验 开孔压缩强度试验 冲击后压缩强度试验 I型层间断裂韧性试验 II型层间断裂韧性试验 边缘分层层间断裂韧性试验

试样尺寸为：200mm×15mm×10mm
跨厚比
一般取16±1。对很厚的试样，为避免层间剪切破 坏，可取大于16。对很薄的试样，为使其载荷落 在试验机许可的范围内，可取小于16。为了尽量 减少剪切应力的影响，必须取足够大的跨厚比。 试验方法规定l/h>10.
加 载 上 压 头 圆 柱 面 半 径 为 5±0.1mm, 支 座 圆 角半径r=2±0.2mm(h>3mm时)和r=0.5±0.2mm (h≤3mm 时 ) 。 若 试 样 出 现 明 显 压 痕 ， r 应 改 为 2mm。如图所示。
按试样尺寸加工好试样之后，对试样进行编号，测量 试样工作段任意三处的宽和厚，取算术平均值。夹持 试样使其中心线与上下夹具的中心线对准，然后对其 施加均匀连续的拉伸载荷直至试样破坏。加载速度为 10mm/min。
对于I型试样，若试样破坏在明显内部缺陷处，夹具内 或圆弧处应予作废。
6.2压缩
玻璃纤维增强塑料压缩试验是基于在规定条件 下对标准试样两端施加压缩载荷，直至破坏或 达到最大载荷时，求得压缩性能参数的一种实 验方法。
我们通常采用摆锤式冲击试验来评价材料的冲击强 度，其包括简支梁型和悬臂梁型，这两种方法试样 破坏所需的能量实际上无法准确测定，试验所测得 除了产生裂缝所需的能量及使裂缝扩展到整个试样 所需的能量外，还包括使材料产生永久变形的能量 和把断裂的试样碎片抛出去的能量，因此测出的并 不是材料的真实强度，但由于该法简单方便，各国 广泛采用。
如有明显内部缺陷或破坏处不在缺口的试样应予作废。
ak＝Ａ／bh
ak… 冲击韧性
b… 试样宽
h… 缺口下的厚度 A… 冲断试样所消耗的功
6.6硬度 复合材料硬度试验方法有些是根据金属硬度测试 方法材体发压料入展硬的而度性来是能的表,，示是如材材布料料氏抵软、抗硬洛其程氏它度硬较有度硬条。物件它是将一 定直性径的定的量钢反球映，。在一定载荷作用下压入材料表面， 测试试样表面的压痕直径，即可计算材料的硬度；

实验四复合材料外观及使用性能检测一、实验目的1、认识复合材料外观及性能检测的必要性。

2、熟悉和掌握聚合物基复合材料外观和使用性能的检测和分析方法。

二、实验内容1、外观检测。

2、硬度测试。

3、气味实验。

4、清洗性实验。

三、实验仪器和材料维氏硬度计、恒温箱、样品、剪刀、钢锯、干燥器、污染液。

四、实验步骤1、外观检测对试样进行外观评测，包括平整度、尺寸稳定性及表面缺陷等，并进行记录和比较。

2、硬度测试使用维氏硬度计对试样进行硬度测试并记录。

3、气味试验（1）取样，尺寸为100×100mm，试样数为3个。

（2）取3个4L 的干燥器洗净至无任何异味。

（3）将3个样品分别放入干燥器中并密封，在60±20℃的恒温槽中放置6小时，然后取出干燥器于室温中，由3人快速从容器缝中闻评气味强度和感觉。

评定气味的基准分为6级，4种感觉：级别特征种类感觉0 无味 A 愉快1 极微弱臭气 B 没有不愉快2 微弱臭气 C 不愉快但能忍受3 易感觉臭气 D 不能忍受4 强烈臭气5 极强烈臭气如果3人评定不同，以级别最高者为准。

4、清洗性试验（1）取试样50×50mm 若干件。

（2）准备污染液：如脂膏、牛奶、酱油、鞋油、罐头汁、饮料和泥浆等。

（3）将试样上分别涂上污染液，放置24小时。

（4）用清洗剂按压清洗1分钟，然后用自来水冲洗15秒钟，把试样放入干燥器中24小时干燥后评定污染程度。

5、耐擦洗性试验取试样200×200mm 在100±2℃的恒温箱中放置6小时，马上在试样上撒上细砂泥浆，并加压放置24小时，然后用纱布擦去泥砂，观察试样表面擦痕。

2。

E＝h ·ν =h·c／λ P＝h／λ ＝h·ν／c 式中： h为普朗克常数，等于6.626×10-34J·s c为光在真空中的传播速度，等于2.998×1010cm/s
复合材料测试方法
第一章
波粒二象性是X射线的客观属性。但是，在一定条 件下，可能只有某一方面的属性表现得比较明显，而当 条件改变时，可能使另一方面的属性表现得比较明显。 例如，X射线在传播过程中发生的干涉、衍射现象就突 出地表现出它的波动特性，而在和物质相互作用交换能 量时，就突出地表现出它的微粒特性。
复合材料测试方法
第一章
就在劳厄的假定得到验证的同时，英国物理学家布拉 格(Bragg)父子从反射的观点出发，提出了X射线照射在晶 体中一系列相互平行的原子面上将会发生反射的设想。
他们认为，只有当相邻两晶面的反射线因叠加而加强
时才有反射；如果叠加相消，便不能发生反射，即反射是 有选择性的。布拉格父子根据这一想法进行了数学演算， 导出了著名公式： 2dsinθ＝nλ
伦琴在他的论文中还指出，X射线能使亚铂氰酸 钡等荧光物质发出荧光，能使照相底片被感光以及 气体发生电离等。 X射线的这些性质很快就首先在 医学和工程探伤上得到应用，且至今不衰。
复合材料测试方法
第一章
在X射线发现后的17年里，人们对X射线的本质一直 没有深入全面的了解。当时有人认为X射线是快速运动的 微小粒子束， 与电子束相似；也有人认为X射线是一种 电磁破，同光波、无线电波一样，只不过波长很短而已。 这个问题经过多年的研究都未得出肯定的结果。
复合材料测试方法
第一章
对上式从λ0到λ∞进行积分就得到在某一实验条件 下发出的连续X射线的总强度：
I连=KIZV2 式中，K为常数，此实验测得K＝1.1-1.5×10-9。 此式说明连续X射线强度与靶的原子序数Z 、管电流以 及管电压V的平方成正比。 X射线管的效率η定义为X射线强度与X射线管功率 的比值 ：η= KIZV2/IV =KZV 当用钨阳极管Z＝74，管电压为100kv时，X射线管 的效率为1％或者更低，这是由于X射线管中电子的能

试样擦净后，在70℃下枯燥4h后放入枯燥器内 冷却，或在1050C下枯燥1h后放入枯燥器内冷却。
将合格试样编号后测量尺寸浸入蒸馏水中。试 样相互间及与容器壁均不接触，24h后取出， 用滤纸吸干外表水分后立即称量G1，整个过程 需在1min内完成。试样再在与预处理一样的条 件下枯燥后称量得G2 。
吸水质量
阻燃机理： • OH+HCl → H2O + Cl • Cl • + R-H → HCl + R •
为了衡量制品的耐燃烧性，我们必须对其进展 测试。测试方法有间接火焰法，直接火焰法以 及氧指数法等。通常采用氧指数法。
氧指数是指在规定条件下，试样在 氧氮混合气流中，维持平稳燃烧所 需的最低氧气浓度，以氧所占的体 积百分数的数值表示。
通用的阻燃方法是向树脂中引入不燃性元素，使 树脂在高温下分解出阻燃性挥发气体，阻止气相 燃烧过程。用四氯或四溴邻苯二甲酸酐取代邻苯 二甲酸酐合成聚脂是取得一定阻燃性能的最简单 的方法。
火焰燃烧区的反响: R• + •OH → CO + CO2 + H2O CO + •OH → CO2 + H • H • + O2→ • OH + O •
为了防止光老化，一般可以向树脂中添加紫外光 吸收剂，也称光稳定剂。这种紫外光吸收剂，对 紫外光有强烈的吸收作用，吸收光能之后，使之 转变为无害于树脂构造的次级能量，如次级辐射 能、振动能等。
大多数紫外光吸收剂的分子中都含有苯，在 苯间有羰基，在羰基邻位上还有羟基。我们以2 羟基—二苯酮为例，表达一下其吸收紫外光的机 理。
〔1〕羟基上的氢和邻位上羰基上的氧，通过氢键 形成六元螯合环。 〔2〕吸收紫外光后，光能将螯合环翻开，开环需 要消耗能量。氢键越稳定，吸收能量越强。 〔3〕螯合环重新关闭，将能量以其他方式释放。

复合材料的无损检测技术复合材料(composite materials)是指由两种或两种以上不同性能、不同形态的组分通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保持了原组分材料的主要特点又显示了原组分材料所没有的新性能。

复合材料是应用现代技术发展涌现出的具有极大生命力的材料，具有刚度大、强度高、重量轻的优点，而且可根据使用条件的要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能，已成为一种当代新型的工程材料。

然而由于复合材料的非均质性和各项异性，在制造过程中工艺不稳定，极易产生缺陷。

在应用过程中，由于疲劳累积、撞击、腐蚀等物理化学的因素影响，复合材料也容易产生缺陷，这些缺陷很大一部分还是产生在复合材料内部。

复合材料在制造过程中的主要缺陷有: 气孔、分层、疏松、越层裂纹、界面分离、夹杂、树脂固化不良、钻孔损伤；在使用过程中的主要缺陷有:疲劳损伤和环境损伤,损伤的形式有脱胶、分层、基本龟裂、空隙增长、纤维断裂、皱褶变形、腐蚀坑、划伤、下陷、烧伤。

由于复合材料在使用工程中承担着重要作用，因此在材料进入市场前，应该进行严格的缺陷检测，这是对使用者和加工者负责的行为。

相应的，复合材料检测技术也得到了快速的发展，在检测技术中无损检测技术发展尤为突出。

下面就主要的复合材料无损检测技术作简要的概述：一、射线检测技术1.X射线检测法X射线无损探伤是检测复合材料损伤的常用方法。

目前常用的是胶片照相法,它是检查复合材料中孔隙和夹杂物等体积型缺陷的优良方法，对增强剂分布不均也有一定的检出能力,因此是一种不可缺少的检测手段。

该方法检测分层缺陷很困难，一般只有当裂纹平面与射线束大致平行时方能检出，所以该法通常只能检测与试样表面垂直的裂纹，可与超声反射法互补。

中北大学电子测试国防重点实验室的研究人员将X射线与现代测试理论相结合，在数字图像处理阶段，通过小波变换与图像分解理论，将一幅图像分解为大小、位置和方向都不同的分量，改变小波变换域中的某些参数的大小，实时地识别出X射线图像的内部缺陷。

33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
复合材料检测技术
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子

复合材料无损检测技术1复合材料检测中的常用无损检测手段包括符合材料在内的无损伤检测手段，都存在一个前提，就是通过损伤检测来鉴定问题出现的形式，然后在无损伤检测中加以对比，从而确定缺陷瑕疵出现的位置、尺寸和数量等数据。

目前常用的无损伤检测方法有X射线（辐射法）、超声波（声学法）、CT（电磁法）、红外成像、微波等方式，本文选择三种有代表性的进行讨论。

1.1X射线无损检测法X射线具有透视功能，在无损测试中通过胶片照相的方法来确定符合材料中的缺陷和瑕疵，例如复合材料中的提及缺陷、疏松、纤维断裂等，这种检测方式非常清晰灵敏，检测所获得的识别材料容易观察。

但同样也存在缺陷，那就是检测材料缺乏分层分析的能力，不易发现与射线垂直方向上的断裂部分，如果需要检测的复合材料十分庞大，整个过程也会显得十分繁琐。

X射线无损检测法在实际的工业运用中，主要通过X射线发射器来完成，所以检测的尺寸有限，主要应对一些精密型仪器。

随着科学技术的发展以及学科之间的融合，现阶段也出现了X光与CT相互配合形成的无损探伤设备，在检测方式上取得了重要的改进。

1.2超声波无损检测法超声波无损检测法所使用的原理，是针对复合材料本身存在的缺陷和瑕疵进行报告。

超声波具有很高的灵敏度，在传播中能够发生衰减，复合材料中的分层、空隙、杂质等都能够提供不同的声波信号。

尽管超声波无损检测法的精确度很高，但是，它的缺点也同样源于此处。

精确度高是由于在检测中，针对不同的材料使用了不同的探头，在频繁拆换的过程中，就降低了检测的效率。

随着技术的发展，超声波无损检测也在自身的基础上形成了新的工艺，产生了SWF应力波因子检测的方法。

这种技术主要用于检测符合材料中细微缺陷群体性结构情况，适用于整体性要求严格的复合材料设备。

如压力液晶板，只要存在一个瑕疵或缺陷部分，就必须淘汰掉的情况。

1.3CT无损检测法这里所指的CT是工业CT，即，计算机断层扫描成像。

CT无损检测法具有的优点是直观、准确、清晰和便捷，这种方式主要用于工业级的大型设备无损检测。

复合材料测试技术实验报告
济南大学材料科学与工程学院
2011年10月
实验一手糊玻璃钢板实验
1. 实验目的
2. 实验原理
3. 实验仪器与器材
4. 实验操作步骤
5. 实验结果与分析
实验二不饱和聚酯树脂粘度测定
1. 实验目的
2. 实验原理
3. 实验仪器与器材
4. 实验操作步骤
5. 实验结果与分析
实验三复合材料试样加工
1. 实验目的
2. 实验仪器与器材
3. 实验操作步骤
4. 实验结果与分析
实验四复合材料力学性能测试
1. 实验目的
2. 实验原理
3. 实验仪器与器材
4. 实验操作步骤
5. 实验结果与分析
实验五复合材料吸水性测试
1. 实验目的
2. 实验原理
3. 实验仪器与器材
4. 实验操作步骤
5. 实验结果与分析。