一種樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，所述方法包括：對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的目標(biāo)識(shí)別區(qū)域進(jìn)行無損檢測(cè)，快速識(shí)別樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的損傷位置；拆卸所檢測(cè)到損傷區(qū)域的機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，觀察損傷區(qū)域釘孔及表面損傷形貌；選取典型損傷區(qū)域的樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行切割，將損傷位置作為研磨面做成金相試樣，觀察樹脂基復(fù)合材料的損傷形貌和損傷程度；用丙酮將金相試樣表面清洗干凈，制備樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)熱揭層試樣，分析樹脂基復(fù)合材料深度方向的損傷分布及樹脂基復(fù)合材料不同層間的損傷情況。本發(fā)明的方法能有效實(shí)現(xiàn)對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷位置、損傷形貌及損傷擴(kuò)展的識(shí)別和分析。
【專利說明】一種樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)分析領(lǐng)域，具體涉及一種樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法。

【背景技術(shù)】
[0002]樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比剛度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、減振性好、抗疲勞性能好、耐腐蝕性好等特點(diǎn)，經(jīng)科學(xué)設(shè)計(jì)，樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不僅可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)變形，還具有特殊的電磁性能和吸波隱身作用，易于實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)/功能一體化設(shè)計(jì)。樹脂基復(fù)合材料用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)不僅可滿足其設(shè)計(jì)的減重需求，而且可明顯降低使用維護(hù)成本，增加未來發(fā)展的潛力和空間。
[0003]隨著樹脂基復(fù)合材料的大量使用，飛機(jī)結(jié)構(gòu)上不可避免的出現(xiàn)樹脂基復(fù)合材料之間或樹脂基復(fù)合材料與金屬之間的連接結(jié)構(gòu)。這些金屬和樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件通常需要通過螺栓、鉚釘?shù)葯C(jī)械連接方式連接為一體，然而，在機(jī)械連接結(jié)構(gòu)加工過程中不可避免的出現(xiàn)各種各樣的缺陷或損傷，極大的影響材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，是造成樹脂基復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)失效的源頭。
[0004]目前針對(duì)樹脂基復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)損傷分析與評(píng)價(jià)的方法尚未建立。現(xiàn)有的無損檢測(cè)技術(shù)只能間接的判別缺陷或損傷的類型、分布，不能直接觀察缺陷或損傷部位的形貌特征。力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法能夠測(cè)試樹脂基復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等宏觀特性，但無法評(píng)價(jià)連接結(jié)構(gòu)細(xì)觀的損傷特征及損傷擴(kuò)展行為。
[0005]采用單一方法對(duì)樹脂基復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷分析只能得到部分損傷信息，無法完整得到損傷位置、損傷區(qū)域大小、損傷形貌及損傷擴(kuò)展等關(guān)鍵信息，給樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析帶來困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷位置、損傷形貌及損傷擴(kuò)展的識(shí)別和分析。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，包括步驟:
[0008]步驟一、試樣無損檢測(cè)；
[0009]對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)，確定連接結(jié)構(gòu)整體損傷情況和損傷位置；
[0010]步驟二、連接結(jié)構(gòu)試樣拆卸觀察；
[0011]在保證不引入新?lián)p傷的前提下，拆除試樣機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，觀察樹脂基復(fù)合材料釘孔及表面損傷形貌；
[0012]步驟三、金相試樣制備；
[0013]選取典型損傷區(qū)域的樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行切割，將缺陷位置作為研磨面用金相鑲嵌粉鑲嵌成樣，后用砂紙進(jìn)行研磨、拋光；
[0014]步驟四、試樣金相形貌觀察；
[0015]觀察樹脂基復(fù)合材料是否存在加工缺陷；
[0016]步驟五、熱揭層試樣制備；
[0017]清洗金相試樣表面，將試樣放在溶液中浸泡一段時(shí)間后，再次清洗金相試樣表面，最后將清洗干凈的金相試樣放入加熱設(shè)備內(nèi)，并保溫一段時(shí)間；
[0018]步驟八、揭層和樣品觀察；
[0019]熱解完成后通過人工方法將金相試樣的各個(gè)鋪層分開，固定每個(gè)鋪層，觀察損傷區(qū)域形貌。
[0020]所述步驟一中，采用超聲掃描對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)。
[0021]所述金相試樣為方形，大小包含損傷區(qū)域。
[0022]所述步驟三中，所述金相試樣研磨拋光依次采用150-5000號(hào)砂紙。
[0023]所述步驟四中，所述的金相試樣采用肉眼和放大鏡進(jìn)行觀察。
[0024]所述步驟四中，主要觀察樹脂基復(fù)合材料是否存在分層、層鋪斷裂、樹脂碎肩、粉碎的缺陷。
[0025]所述步驟五中，使用丙酮對(duì)金相試樣表面進(jìn)行清洗。
[0026]所述步驟五中，在第一次清洗金相試樣表面后，將金相試樣放入濃度為9.6%的氯化金乙醚溶液中浸泡12小時(shí)。
[0027]所述步驟五中，所使用的加熱設(shè)備為加熱溫度不低于600°C的馬弗爐。
[0028]所述步驟五中，將金相試樣放入加熱設(shè)備后，將溫度設(shè)定到420°C，并保溫一個(gè)小時(shí)。
[0029]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:
[0030](1)能夠?qū)崿F(xiàn)損傷快速定位，并能得到損傷類型、損傷形貌及損傷影響范圍等關(guān)鍵信息，為進(jìn)一步損傷形成機(jī)理分析和樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接件失效分析提供最真實(shí)和最直接的證據(jù)。
[0031](2)既能實(shí)現(xiàn)宏觀損傷特征的識(shí)別，又能觀測(cè)到損傷的細(xì)觀特征，提高了損傷識(shí)別和分析的精度。
[0032](3)實(shí)現(xiàn)多角度、多層次損傷分析，避免了單一方法檢測(cè)分析帶來的不確定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]本說明書包括以下附圖，所示內(nèi)容分別是:
[0034]圖1是樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法流程圖；
[0035]圖2a是拆卸后包含釘孔及損傷區(qū)域的試樣側(cè)視圖；
[0036]圖2b是拆卸后包含釘孔及損傷區(qū)域的試樣俯視圖；
[0037]圖3是切割下來的金相試樣；
[0038]圖4a是實(shí)施例1中試樣無損檢測(cè)圖像；
[0039]圖4b是實(shí)施例1中試樣拆卸切割后圖像；
[0040]圖4c是實(shí)施例1中試樣金相圖像；
[0041]圖4d是實(shí)施例1中熱揭層圖像；
[0042]圖中標(biāo)記為:1、樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)；2、釘孔；3、損傷區(qū)域；4、切割范圍。

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面對(duì)照附圖，通過對(duì)實(shí)施例的描述，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，目的是幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解，并有助于其實(shí)施。
[0044]本發(fā)明提供了一種樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，如圖1所示的步驟流程圖，具體通過如下步驟實(shí)現(xiàn):
[0045]步驟一、試樣無損檢測(cè)；
[0046]首先對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)，確定連接結(jié)構(gòu)整體損傷分布，用紅色標(biāo)記出損傷的位置和可能損傷的范圍。樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)1的損傷區(qū)域3 —般都在釘孔2附近，如圖2a、2b所示；
[0047]步驟二、連接結(jié)構(gòu)試樣拆卸觀察；
[0048]結(jié)合結(jié)構(gòu)件和具體機(jī)械連接方式，保證不引入新的機(jī)械損傷的前提下，拆卸試樣機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，觀察樹脂基復(fù)合材料釘孔及表面損傷形貌；
[0049]步驟三、金相試樣制備；
[0050]根據(jù)損傷的具體情況，選取典型損傷區(qū)域的樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行切割，切割范圍4要包含損傷區(qū)域3，將缺陷位置作為研磨面用金相鑲嵌粉鑲嵌成樣，依次采用150-5000號(hào)砂紙進(jìn)行研磨、拋光；
[0051]步驟四、試樣金相形貌觀察；
[0052]放大觀察區(qū)域，觀察樹脂基復(fù)合材料是否存在分層、層鋪斷裂、樹脂碎肩、粉碎等加工缺陷；
[0053]步驟五、熱揭層試樣制備；
[0054]用丙酮將金相試樣表面清洗干凈，放在9.6%的氯化金乙醚溶液中浸泡12小時(shí)，然后用丙酮將表面清洗干凈。將清洗干凈的試樣放進(jìn)普通的SX2-4_10馬弗爐，爐膛內(nèi)盛裝試樣的托盤采用一般的承燒板，將溫度設(shè)定到420°C保溫一個(gè)小時(shí)；
[0055]步驟六、揭層和樣品觀察；
[0056]熱解冷卻后通過人工方法將試樣的各個(gè)鋪層分開，固定每個(gè)鋪層。首先用肉眼和放大鏡進(jìn)行觀察，進(jìn)行照相，然后在體視顯微鏡進(jìn)行觀察缺陷的細(xì)節(jié)形貌，對(duì)缺陷區(qū)域的形貌進(jìn)行照相記錄。
[0057]實(shí)施例1:
[0058]應(yīng)用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析試驗(yàn)，試驗(yàn)步驟如下:
[0059]步驟一、試樣無損檢測(cè)；
[0060]首先對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)，確定連接結(jié)構(gòu)整體損傷情況。樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的損傷分布如圖4a所示，缺陷位置用紅色標(biāo)記(即圖中黑色圓圈位置處)，可以看到缺陷集中在連接位置附近，且大部分不處于釘頭部位。
[0061]步驟二、連接結(jié)構(gòu)試樣拆卸觀察；
[0062]結(jié)合結(jié)構(gòu)件和具體機(jī)械連接方式，保證不引入新的機(jī)械損傷的前提下，拆卸試樣機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，觀察樹脂基復(fù)合材料釘孔及表面損傷形貌。如圖4b所示，樹脂基復(fù)合材料部分釘孔為不規(guī)則圓形，有較明顯的上下波動(dòng)。
[0063]步驟三、金相試樣制備；
[0064]根據(jù)損傷的具體情況，選取典型損傷區(qū)域的樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行切割，切割范圍包含損傷區(qū)域，將缺陷位置作為研磨面用金相鑲嵌粉鑲嵌成樣，依次采用150-5000號(hào)砂紙進(jìn)行研磨、拋光。
[0065]步驟四、試樣金相形貌觀察；
[0066]觀察樹脂基復(fù)合材料是否存在分層、層鋪斷裂、樹脂碎肩、粉碎等加工缺陷。如圖4c所示，不同的樹脂基復(fù)合材料鋪層之間大多出現(xiàn)了分層，試樣中部破裂鋪層的相鄰鋪層也發(fā)生了相對(duì)不明顯的斷裂，鋪層內(nèi)部的破裂裂紋與鋪層間的分層裂紋貫通，布滿了試樣的中間位置。
[0067]步驟五、熱揭層試樣制備；
[0068]用丙酮將金相試樣表面清洗干凈，放在9.6%的氯化金乙醚溶液中浸泡12小時(shí)，然后用丙酮將表面清洗干凈。將清洗干凈的試樣放進(jìn)普通的SX2-4-10馬弗爐，爐膛內(nèi)盛裝試樣的托盤采用一般的承燒板，將溫度設(shè)定到420°C保溫一個(gè)小時(shí)。
[0069]步驟六、揭層和樣品觀察；
[0070]熱解冷卻后通過人工方法將試樣的各個(gè)鋪層分開，固定每個(gè)鋪層。首先用肉眼和放大鏡進(jìn)行觀察，進(jìn)行照相，然后在體視顯微鏡進(jìn)行觀察缺陷的細(xì)節(jié)形貌，對(duì)缺陷區(qū)域的形貌進(jìn)行照相記錄。如圖4d為其中一層熱揭層結(jié)果，缺陷的細(xì)節(jié)形貌清晰可見，實(shí)驗(yàn)效果明顯，對(duì)進(jìn)一步研宄缺陷的形成機(jī)理十分有利。
[0071]以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述。顯然，本發(fā)明具體實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制。只要是采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種非實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)；或未經(jīng)改進(jìn)，將本發(fā)明的上述構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場(chǎng)合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，包括步驟: 步驟一、試樣無損檢測(cè)； 對(duì)樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)，確定連接結(jié)構(gòu)整體損傷情況和損傷位置； 步驟二、連接結(jié)構(gòu)試樣拆卸觀察； 在保證不引入新?lián)p傷的前提下，拆除試樣機(jī)械連接結(jié)構(gòu)，觀察樹脂基復(fù)合材料釘孔及表面損傷形貌； 步驟三、金相試樣制備； 選取典型損傷區(qū)域的樹脂基復(fù)合材料進(jìn)行切割，將缺陷位置作為研磨面用金相鑲嵌粉鑲嵌成樣，后用砂紙進(jìn)行研磨、拋光； 步驟四、試樣金相形貌觀察； 觀察樹脂基復(fù)合材料是否存在加工缺陷； 步驟五、熱揭層試樣制備； 清洗金相試樣表面，將試樣放在溶液中浸泡一段時(shí)間后，再次清洗金相試樣表面，最后將清洗干凈的金相試樣放入加熱設(shè)備內(nèi)，并保溫一段時(shí)間； 步驟六、揭層和樣品觀察； 熱解完成后，將金相試樣的各個(gè)鋪層分開，固定每個(gè)鋪層，觀察損傷區(qū)域形貌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述步驟一中，采用超聲掃描對(duì)復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述金相試樣為方形，大小包含損傷區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述步驟三中，所述金相試樣研磨拋光依次采用150-5000號(hào)砂紙。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述金相試樣采用肉眼和放大鏡進(jìn)行觀察。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述步驟四中，主要觀察復(fù)合材料是否存在分層、層鋪斷裂、樹脂碎肩、粉碎的缺陷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述步驟五中，使用丙酮對(duì)金相試樣表面進(jìn)行清洗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述步驟五中，在第一次清洗金相試樣表面后，將金相試樣放入濃度為9.6%的氯化金乙醚溶液中浸泡12小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述步驟五中，所使用的加熱設(shè)備為加熱溫度不低于600°C的馬弗爐。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別和分析方法，其特征在于，所述步驟五中，將金相試樣放入加熱設(shè)備后，將溫度設(shè)定到420°C，并保溫一個(gè)小時(shí)。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK104483327SQ201410842265
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】侯衛(wèi)國(guó), 李明峻, 姚婧, 衛(wèi)能, 劉雅智 申請(qǐng)人:蕪湖賽寶信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司