碳纤维复合材料结构损伤的自检方法研究进展
王志平叶亮路鹏程李娜苏景新（中国民航大学，天津市民用航空器适航与维修重点实验室，天津300300）
文摘监测碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的结构损伤是一个关键问题。本文就目前国内外研究较热且应用前景较大的一类新型无损检测技术一一基于CFRP导电网络的自检技术进行综述，总结了直流法和交流法的原理和技术特点，尤其是对各种检测方法适用的环境和损伤类型进行了评估。最后指出了发展出一套智能化的CFRP结构损伤自检体系所要进一步开展的研究工作。
关键词碳纤维增强树脂基复合材料，损伤，自检，直流法，交流法
中图法分类号：TB332
D0I:10.3969/j.issn.10072330.2016.05.003
Reviewof Self-Sensing DetectionMethods of Structural
Damage in Carbon Fiber Composites
WANG Zhiping
YELiang
LU Pengcheng
LINa
SUJingxin
(Tianjin Key Laboratory of Civil Aircraft Airworthiness and Maintenance
Civil Aviation University of China, Tianjin 300300)
AbstractCarbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) composites have been successfully applied to the main load-camying structures in aircrafts, but how to monitor the structural damage is still a key problem. In this paper, a new and promising nondestructive testing technology —the self-sensing detection technology based on CFRP conduc tive network, which has become a hot field. The principles and technical characteristics of various methods including direct current (DC) methods and altermating current (AC) methods were summarized, especially evaluating the ap plicable environment and damage types of all kinds of detection methods.Finally, the further research for developing a set of intelligent self-sensing detection system of CFRP structural damage was pointed out.
Key words CFRP, damage, Self-sensing, DC method, AC method
0引言
以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料，由于具备高的比强度、比模量，且抗疲劳、抗腐蚀以及可设计性能优异等特点，已成功应用到航空器的主承力结构上。而复合材料在制造过程中会不可避免出现如孔隙、夹杂、固化不完全等缺陷，另外飞机复合材料结构在整个服役过程中将受到老化、雷击、外来物撞击等引起的各类损伤。这些损伤通常以分层、纤维-基体脱粘以及纤维断裂的形式出现")，也经常发生在材料内部，外表面不可见或相对微小，但是它们对飞机的安全服役构成极大的威胁，因此有必要对其进行实时检测。
收稿日期：2016-02-04
超声检测（NDT）技术在探测尺寸较大（至少1 mm)的表层简单缺陷（如分层裂纹)时较为灵敏(2-3)。但是它通常使用水作为耦合剂（虽然也有空气耦合剂，但其超声衰减更严重），一旦水渗人具有缺陷的碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）中，将加速 CFRP结构在服役过程中的损伤。X射线检测[4-5]微缺陷的分辨率比超声检测更低。声发射能对缺陷进行实时检测(6)，但它不能检测出静态缺陷，即CFRP 结构件必须在承受应力的状态下进行声发射检测[7],它并不是完全意义上的NDT技术。还有其他损伤检测手段也受到了广泛的关注，如在复合材料上贴附或嵌人传感器，如光纤[8]和压电传感器[9]，但这
基金项目：国家自然科学基金（基金号61471364）；中央高校(3122014K014）
作者简介：王志平，1963年出生，博士，教授，主要研究方向：航空材料加工与测试。E-mail；spwang@cauc.edu.cn
宇航材料工艺万方数据
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2016年第5期
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