危　荃,金翠娥,周建平,周正干,孫廣開(kāi)

(1.上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600；2.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,北京 100191；3.先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100191)

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空氣耦合超聲技術(shù)在航空航天復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

危荃1,金翠娥1,周建平1,周正干2,3,孫廣開(kāi)2

(1.上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600；2.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院,北京 100191；3.先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100191)

制備預(yù)埋人工缺陷的蜂窩夾芯復(fù)合材料、模壓復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料試樣，利用自主研制的內(nèi)置專用信號(hào)處理單元的空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料模擬脫粘缺陷檢測(cè)、模壓復(fù)合材料模擬內(nèi)部分層缺陷檢測(cè)以及C/SiC復(fù)合材料模擬內(nèi)部分層缺陷檢測(cè)。試驗(yàn)結(jié)果表明，空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于蜂窩夾芯復(fù)合材料、模壓復(fù)合材料以及陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件的非接觸無(wú)損檢測(cè)，在航空航天工程領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

空氣耦合超聲；無(wú)損檢測(cè)；復(fù)合材料；航空航天

隨著材料工藝的成熟及產(chǎn)品質(zhì)量的提高，高性能復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的使用比例大幅度提升(波音B787“夢(mèng)想”飛機(jī)的復(fù)合材料用量已達(dá)結(jié)構(gòu)重量的50%)[1]，有些材料已代替金屬成為某些核心部件的主要結(jié)構(gòu)材料，使得航空航天技術(shù)的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。在航空航天領(lǐng)域已得到應(yīng)用的新型復(fù)合材料主要包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料、耐高溫復(fù)合材料等[2-3]，此類材料普遍具有高比強(qiáng)度、高比剛度、高模量、耐腐蝕等優(yōu)異性能，然而受工藝、材料特性和服役條件等因素影響，容易產(chǎn)生分層、夾雜、脫粘、孔隙等多種類型的缺陷。因此，必須采用有效的無(wú)損檢測(cè)方法準(zhǔn)確檢出復(fù)合材料在制造和使用過(guò)程中產(chǎn)生的各種缺陷。但是，近年來(lái)逐漸在航空、航天等領(lǐng)域獲得應(yīng)用的多種高性能新型復(fù)合材料因其制造成本高、結(jié)構(gòu)特殊、使用環(huán)境特殊等，對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了更苛刻、更有針對(duì)性的檢測(cè)條件(不能使用耦合劑、檢測(cè)空間狹小、構(gòu)件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜)和要求(檢測(cè)高效、檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)直觀等)，故研究與新型復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展水平相適應(yīng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外研究人員普遍關(guān)注的新課題。

空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的重要方向[4-7]。該技術(shù)不僅具有傳統(tǒng)超聲檢測(cè)方法的聲束可控、聲波轉(zhuǎn)換效率高、靈敏度高、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，同時(shí)還兼具系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)便、高效率、節(jié)約資源、無(wú)污染、適合原位檢測(cè)等其他諸多優(yōu)點(diǎn)。IMIELINISKA等[2]研究了碳纖維、玻璃纖維、聚酰胺纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料沖擊損傷的空氣耦合超聲檢測(cè)方法。PETERS等[3]建立了空氣耦合超聲系統(tǒng)并應(yīng)用于MD-80飛機(jī)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。目前，國(guó)外已研制出高性能空氣耦合超聲換能器和成套系統(tǒng)，并逐步應(yīng)用于航空航天工程領(lǐng)域，如：德國(guó)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究所的HFUS2400 AIRTECH系列，美國(guó)ULTRAN GROUP公司的NCT/NCG系列換能器和SECONDWAVE M510系統(tǒng)、QMI公司的AS系列換能器和AIRSCAN SONDA-007CX系統(tǒng)，日本JAPAN PROBE公司的NAUT21系統(tǒng)等。在國(guó)內(nèi)，周正干等[8-11]研究了空氣耦合超聲檢測(cè)的線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻和相位編碼脈沖壓縮技術(shù)，提高了復(fù)合材料中空氣耦合超聲信號(hào)的幅度和信噪比。徐春廣等[12]研究了空氣耦合超聲換能器聲場(chǎng)的計(jì)算方法和測(cè)量方法及其基本聲學(xué)性質(zhì)。劉戰(zhàn)捷等[13]采用SONDA-007CX空氣耦合超聲系統(tǒng)進(jìn)行了蜂窩夾芯復(fù)合材料檢測(cè)試驗(yàn)。但是，目前空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)仍然沒(méi)有在航空航天工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在航空航天先進(jìn)復(fù)合材料的空氣耦合超聲檢測(cè)方面仍需要開(kāi)展必要的試驗(yàn)與驗(yàn)證。

針對(duì)這一問(wèn)題，筆者利用自主研制的空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)展先進(jìn)復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)的應(yīng)用試驗(yàn)，驗(yàn)證了該技術(shù)在航空航天復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)方面的適用性，以推進(jìn)其在航空航天工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

1　空氣耦合超聲檢測(cè)的基本原理

空氣耦合超聲檢測(cè)技術(shù)是以空氣作為耦合介質(zhì)、利用空氣耦合超聲換能器激勵(lì)和接收超聲波進(jìn)而檢測(cè)材料和結(jié)構(gòu)中缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，具有完全無(wú)損和非接觸的特點(diǎn)，通常采用的檢測(cè)方法主要包括穿透法、脈沖反射法以及表面波法、蘭姆波法等，其中以穿透法的應(yīng)用最為廣泛。基于穿透法的空氣耦合超聲檢測(cè)原理示意如圖1所示。

圖1　穿透式空氣耦合超聲檢測(cè)技術(shù)的基本原理示意

空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)與普遍采用的液浸式超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)類似，可通過(guò)對(duì)已有檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造來(lái)實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)是需要配置與空氣耦合超聲換能器相匹配的專用功率放大器和超低噪聲前置信號(hào)放大器，以提高空氣耦合超聲信號(hào)的幅度和信噪比。典型的穿透式空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理示意如圖2所示。

圖2　穿透式空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理示意

2　空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)空氣耦合超聲檢測(cè)技術(shù)的基本原理，建立了空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)[14-16]，該系統(tǒng)的總體構(gòu)成示意見(jiàn)圖3，實(shí)物照片如圖4所示，主要包括任意信號(hào)(函數(shù))發(fā)生器、功率放大器、空氣耦合超聲換能器、前置放大器、數(shù)據(jù)采集卡、運(yùn)動(dòng)控制器、2軸運(yùn)動(dòng)控制器、2維掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)和工控機(jī)等。

圖3　空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的總體構(gòu)成示意

圖4　空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)物照片

其中，采用的任意函數(shù)發(fā)生器可以生成任意信號(hào)，也可通過(guò)軟件創(chuàng)建多種自定義的波形信號(hào)(包括方波、正弦、尖脈沖及相應(yīng)的脈沖串，復(fù)雜的調(diào)頻、調(diào)相等調(diào)制信號(hào)以及其他任意自定義信號(hào))；采用的功率放大器可以將任意函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大并激勵(lì)發(fā)射換能器；配置了一系列不同頻率的空氣耦合超聲換能器來(lái)激勵(lì)和接收超聲波信號(hào)；采用的前置放大器可以將接收信號(hào)的增益放大164 dB；采用了高性能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為控制中樞，計(jì)算機(jī)中安裝了高性能數(shù)據(jù)采集卡來(lái)接收放大后的空氣耦合超聲信號(hào)；采用了多軸運(yùn)動(dòng)控制器以匹配2維掃描執(zhí)行機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)控制器負(fù)責(zé)接收計(jì)算機(jī)程序設(shè)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及采集步進(jìn)電機(jī)編碼信息等功能，實(shí)現(xiàn)超聲掃描成像過(guò)程的運(yùn)動(dòng)控制，并實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)顯示，可設(shè)置的掃描范圍為1 820 mm×910 mm；最高掃描速度為250 mm·s-1；最高掃描精度為0.1mm。

基于模式化程序設(shè)計(jì)理論與方法，開(kāi)發(fā)了空氣耦合超聲檢測(cè)軟件，軟件主界面如圖5所示。軟件基本功能包括：超聲信號(hào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)、掃描過(guò)程的運(yùn)動(dòng)控制(設(shè)置掃描范圍、速度及步進(jìn)精度等)、A型信號(hào)實(shí)時(shí)顯示(多閘門設(shè)置、采樣率、采集深度設(shè)置)、C掃描成像、A型信號(hào)及C掃描圖像存儲(chǔ)、缺陷分析以及其他信號(hào)分析與處理(高通、低通、帶通濾波)等。

圖5　空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的軟件主界面

同時(shí)，為提高空氣耦合超聲檢測(cè)信號(hào)的幅度和信噪比，開(kāi)發(fā)了內(nèi)置多種脈沖壓縮算法的專用信號(hào)處理程序模塊[8-11]，如圖6所示。

圖6　內(nèi)置多種脈沖壓縮算法的專用信號(hào)處理程序模塊

在空氣耦合超聲信號(hào)處理程序模塊的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，首先基于脈沖壓縮信號(hào)處理技術(shù)的原理、實(shí)現(xiàn)方法及參數(shù)選優(yōu)方法，編制了可靈活設(shè)置參數(shù)的脈沖壓縮實(shí)時(shí)處理模塊，該模塊不僅可實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻、相位編碼脈沖壓縮實(shí)時(shí)處理，同時(shí)具備靈活的參數(shù)設(shè)置功能(包括時(shí)寬、帶寬、激勵(lì)信號(hào)類型、窗函數(shù)、脈沖壓縮區(qū)間)；其后，編制了參數(shù)可調(diào)的小波閾值濾噪實(shí)時(shí)處理模塊，可實(shí)現(xiàn)小波基選取、分解層數(shù)、閾值函數(shù)等參數(shù)設(shè)置。最后，編制了基于小波閾值濾噪及脈沖壓縮聯(lián)合算法的實(shí)時(shí)處理模塊，該模塊可實(shí)現(xiàn)基于聯(lián)合信號(hào)處理方法的空氣耦合超聲C掃描檢測(cè)。

3　先進(jìn)復(fù)合材料的空氣耦合超聲檢測(cè)

3.1GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料檢測(cè)

制備了GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料試樣，試樣長(zhǎng)度為220 mm、寬度為66 mm、厚度為6 mm，蜂窩芯格邊長(zhǎng)為3 mm。在GFRP蒙皮和Nomex蜂窩芯層之間預(yù)置10片厚度0.1 mm、直徑3～15 mm的銅箔片以模擬此類蜂窩夾芯材料中的脫粘型缺陷。

制備的GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料試樣的結(jié)構(gòu)形式和材料內(nèi)部模擬缺陷的布置方式如圖7所示。

圖7　GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料試樣結(jié)構(gòu)及模擬缺陷的布置示意

基于研制的空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料檢測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)多次試驗(yàn)選定適用于GFRP-Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料的檢測(cè)參數(shù)，其中空氣耦合超聲換能器頻率為225 kHz、焦斑直徑為1.2 mm、焦距為30.5 mm，掃描過(guò)程中的采樣點(diǎn)間距為1 mm。采用穿透式空氣耦合超聲C掃描方法得到的試樣圖像如圖8所示，其中可以觀測(cè)到直徑6 mm以上模擬夾雜缺陷的形狀和分布特征。

圖8　GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料的空氣耦合超聲C掃描檢測(cè)

試驗(yàn)結(jié)果表明：采用空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)方法可以有效檢出GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料中直徑6 mm以上的層間脫粘缺陷；對(duì)直徑<6 mm的脫粘缺陷，可采用常規(guī)水浸/噴水超聲檢測(cè)方法，而空氣耦合超聲檢測(cè)方法可以應(yīng)用于此類材料及結(jié)構(gòu)中大尺寸(直徑≥6 mm)脫粘缺陷的非接觸無(wú)損檢測(cè)。

3.2玻璃鋼、碳纖維模壓復(fù)合材料檢測(cè)

采用模壓法制備了圓形的玻璃鋼、碳纖維復(fù)合材料試樣，在試樣中預(yù)置了直徑尺寸分別為12、10、9、8、7、6、5、4、3 mm的9個(gè)圓形銅箔片模擬材料內(nèi)部的分層缺陷，制備試樣的實(shí)物照片和模擬缺陷的分布如圖9所示。

圖9　玻璃鋼、碳纖維模壓復(fù)合材料試樣實(shí)物照片與模擬缺陷尺寸及分布示意

采用空氣耦合超聲系統(tǒng)進(jìn)行玻璃鋼、碳纖維模壓復(fù)合材料檢測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)多次試驗(yàn)選定適用于模壓復(fù)合材料的檢測(cè)參數(shù)，其中空氣耦合超聲換能器頻率為400 kHz、焦斑直徑為1.0 mm、焦距為27.94 mm，掃描步長(zhǎng)為0.5 mm。為提高模壓復(fù)合材料中空氣耦合超聲信號(hào)的幅度和信噪比，試驗(yàn)過(guò)程中采用了相位編碼脈沖壓縮和小波濾噪聯(lián)合處理方法，其參數(shù)設(shè)置界面如圖6所示。采用穿透式空氣耦合超聲C掃描方法得到的模壓復(fù)合材料試樣圖像如圖10所示，其中可以觀測(cè)到直徑5 mm以上模擬內(nèi)部分層缺陷的形狀和分布特征。

圖10　玻璃鋼、碳纖維模壓復(fù)合材料試樣的空氣耦合超聲C掃描圖像

試驗(yàn)結(jié)果表明：采用空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)方法可以有效檢出玻璃鋼、碳纖維模壓復(fù)合材料中直徑5 mm以上的內(nèi)部分層型缺陷；對(duì)直徑<5 mm且具有體積型特征的分層缺陷，可采用射線方法進(jìn)行檢測(cè)，而空氣耦合超聲檢測(cè)方法可以應(yīng)用于此類材料及結(jié)構(gòu)中大尺寸(直徑≥5 mm)分層缺陷的非接觸無(wú)損檢測(cè)。

3.3陶瓷基(C/SiC)復(fù)合材料檢測(cè)

制備了模擬材料內(nèi)部分層缺陷的C/SiC復(fù)合材料試樣。以T300碳纖維為增強(qiáng)材料編織成二維疊層碳布，在碳布層間預(yù)置厚度約0.2 mm的石墨紙模擬分層缺陷(石墨紙中含有圓形、橢圓、矩形的通孔，圓形通孔直徑5～15 mm，矩形通孔長(zhǎng)×寬約10 mm×8 mm，通孔處可近似為完整區(qū)域，即不存在分層)，當(dāng)碳布疊層達(dá)到標(biāo)定厚度時(shí)，采用碳纖維束縫合碳布疊層，得到二維預(yù)制體；采用化學(xué)氣相沉積法在二維預(yù)制體上沉積熱解碳界面層，并通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備SiC基體，得到厚度約為4.2 mm的C/SiC復(fù)合材料試樣，試樣幾何尺寸(長(zhǎng)×寬×厚)約200 mm×100 mm×4.2 mm。制備的C/SiC復(fù)合材料試樣實(shí)物和缺陷分布示意如圖11所示，其中缺陷分布圖中的灰色矩形區(qū)域?yàn)轭A(yù)置石墨紙，石墨紙中的白色圓形和矩形區(qū)域?yàn)椴煌螤畹耐住?/p>

采用空氣耦合超聲系統(tǒng)進(jìn)行陶瓷基(C/SiC)復(fù)合材料檢測(cè)試驗(yàn)，通過(guò)多次試驗(yàn)選定適用于C/SiC復(fù)合材料的檢測(cè)參數(shù)，其中空氣耦合超聲換能器頻率為120 kHz、焦斑直徑為1.8 mm、焦距為36.7 mm，掃描步長(zhǎng)為1.0 mm，掃描范圍如圖11(b)中虛線矩形區(qū)域所示。采用穿透式空氣耦合超聲C掃描方法得到的試樣圖像如圖12所示，其中可以觀測(cè)到模擬分層缺陷的形狀和分布特征。

圖11　模擬材料內(nèi)部分層的C/SiC復(fù)合材料試樣

圖12　C/SiC復(fù)合材料試樣的空氣耦合超聲C掃描圖像

試驗(yàn)表明：采用空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)方法可以有效檢出陶瓷基(C/SiC)復(fù)合材料內(nèi)部的大尺寸面積型分層缺陷，并且可以表征C/SiC復(fù)合材料內(nèi)部直徑5 mm以上的分層/非分層區(qū)域。

4　結(jié)論

(1) 自主研制了一套空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置了專用的空氣耦合超聲信號(hào)處理程序模塊，可實(shí)現(xiàn)線性/非線性調(diào)頻脈沖壓縮算法、相位編碼脈沖壓縮算法和小波濾噪算法，以及脈沖壓縮/小波濾噪聯(lián)合處理算法，能夠有效提高空氣耦合超聲信號(hào)的幅度和信噪比。

(2) 空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)方法可以有效檢出GFRP蒙皮Nomex蜂窩夾芯復(fù)合材料中直徑6 mm以上的層間脫粘缺陷；對(duì)直徑<6 mm的脫粘缺陷，可采用常規(guī)水浸/噴水超聲檢測(cè)方法，而空氣耦合超聲檢測(cè)方法可以應(yīng)用于此類材料及結(jié)構(gòu)中大尺寸(直徑≥6 mm)脫粘缺陷的非接觸無(wú)損檢測(cè)。

(3) 空氣耦合超聲方法可檢出玻璃鋼、碳纖維模壓復(fù)合材料中直徑5 mm以上的內(nèi)部分層缺陷；對(duì)直徑<5 mm且具有體積型特征的分層缺陷，可采用射線方法進(jìn)行檢測(cè)，而空氣耦合超聲檢測(cè)方法可以應(yīng)用于此類材料及結(jié)構(gòu)中大尺寸(直徑≥5 mm)分層缺陷的非接觸無(wú)損檢測(cè)。

(4) 空氣耦合超聲方法可檢出陶瓷基(C/SiC)復(fù)合材料內(nèi)部的大尺寸面積型分層缺陷，并且可以表征C/SiC復(fù)合材料內(nèi)部直徑5 mm以上的分層/非分層區(qū)域。

[1]陳紹杰. 大型飛機(jī)與復(fù)合材料 [J]. 航空制造技術(shù),2008(15): 32-37.

[2]張立同. 國(guó)外航空用陶瓷發(fā)展趨勢(shì) [J]. 航空科學(xué)技術(shù),1994(6): 25-28.

[3]張權(quán)明. CMC在航天領(lǐng)域的應(yīng)用 [J]. 宇航材料工藝,2011(6): 1-3.

[4]PALMER S B,DIXON S. Industrially viable non-contact ultrasound [J]. Insight,2003,45(3): 211-217.

[5]BLOMME E,BULCAEN D,DECLERCQ F. Air-coupled ultrasonic NDE: experiments in the frequency range 750 kHz-2 MHz [J]. NDT &E International,2002,35(7): 417-426.

[6]IMIELINISKA K,CASTAINGS M,WOJTYRA R,et al. Air-coupled ultrasonic C-scan technique in impact response testing of carbon fibre and hybrid: glass,carbon and Kevlar/epoxy composites [J]. Journal of Materials Processing Technology,2004,157: 513-522.

[7]PETERS J J,BARNARD D J,HSU D K. Development of a field able air-coupled ultrasonic inspection system [J]. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation,2004,23(23): 1368-1375.

[8]周正干,魏東,向上. 線性調(diào)頻脈沖壓縮方法在空氣耦合超聲檢測(cè)中的應(yīng)用研究 [J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010,46(18): 24-28.

[9]周正干,張宏宇,魏東. 脈沖壓縮技術(shù)在超聲換能器激勵(lì)接收方法中的應(yīng)用 [J]. 中國(guó)機(jī)械工程,2010(17): 2127-2131.

[10]魏東,周正干. 改進(jìn)的非線性調(diào)頻脈沖壓縮方法在空氣耦合超聲檢測(cè)中的應(yīng)用 [J]. 2012,48(16): 8-13.

[11]周正干,馬保全,孫志明,等. 相位編碼脈沖壓縮方法在空氣耦合超聲檢測(cè)信號(hào)處理中的應(yīng)用 [J]. 2014,50(2): 48-54.

[12]孔濤,徐春廣,張運(yùn)濤,等. 空氣耦合超聲換能器聲場(chǎng)計(jì)算與測(cè)量研究 [J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào),2011,47(22): 19-24.

[13]劉戰(zhàn)捷. 空氣耦合超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用[C]∥第八屆全國(guó)無(wú)損檢測(cè)大會(huì)會(huì)議論文集.蘇州:[出版者不詳],2003.

[14]YANEZ Y,GARCIA-HERNANDEZ M J,SALAZAR J,et al. Designing amplifiers with very low output noise for high impedance piezoelectric transducers [J]. NDT &E International,2005,38(6): 491-496.

[15]SALAZAR J,TURO A,CHAVEZ J A,et al. High-power high-resolution pulser for air-coupled ultrasonic NDE applications [J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,2003,52(6): 1792-1798.

[16]KAZYS R,MAZEIKA L,ZUKAUSKAS E. Investigation of accurate imaging of the defects in composite materials using ultrasonic air-coupled technique [J]. International Journal of Materials &Product Technology,2011,41(1): 105-116.

Application of Air-Coupled Ultrasonic Technology for Nondestructive Testing of Aerospace Composites

WEI Quan1,JIN Cui-e1,ZHOU Jian-ping1,ZHOU Zheng-gan2,3,SUN Guang-kai2

(1.Shanghai Aerospace Research Institute of Precision Machinery,Shanghai 201600,China;2.School of Mechanical Engineering and Automation,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing 100191,China;3.The Collaborative Innovation Center for Advanced Aero-Engine (CICAAE),Beijing 100191,China)

Various kinds of composite materials with simulated defects are prepared as specimen,including the GFRP-Nomex honeycomb sandwich composites,molded composites,and ceramic matrix composites. An air-coupled ultrasonic testing system with dedicated signal processing unit is self-developed and the corresponding experiments are conducted based on the system. The nondestructive testing of the composite specimens with simulated defects are realized,including the detection of disbonding in GFRP-Nomex honeycomb sandwich composites,the testing of delamination in molded composite structures,and the detection of delamination in C/SiC composites. The results prove that the air-coupled ultrasonic testing technology is applicable for the noncontact testing of honeycomb sandwich composites,molded composites,and ceramic matrix composites. It has a wide range of applications in aerospace industry.

Air-coupled ultrasonic;Nondestructive testing;Composite;Aerospace

2016-03-31

中國(guó)航天科技集團(tuán)公司航天科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(CASC06)。

危荃(1984-),女，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)損檢測(cè)新技術(shù)，E-mail:which2003@163.com。

周正干(1967-)，男，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)損檢測(cè)與計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)，E-mail：zzhenggan@buaa.edu.cn。

10.11973/wsjc201608002

TB553;TG115.28

A

1000-6656(2016)08-0006-06