1前言近年来，人们最重视而期待了解的是复合材料及其结构。纤维增强层压材料，重量轻、比强度 （强度／密度）高，并且有刚性和强度的方向性等优点，所以用于对重量很敏感的飞机构件和要求 比强度高的直升机旋翼和机体。某直升机加强侧垂直安定面复合材料结构件所处工作环境较恶劣， 除承受一般气动载荷外，还承受瞬时冲击的热载荷。为了适应这一情况，结构上采用双梁式酚醛纸 蜂窝和泡沫夹层结构，在中央承载大的区域用酚醛纸蜂窝做夹芯，承载小的蜂窝外侧的四周边缘区 域则用泡沫做夹芯。面板材料由先进的碳纤维布和最外一层用凯芙拉布制成，相当于混杂的复合材 料层压板，如图1所示。采用先进的复合材料和双梁式结构，实际试验证明：承载大、重量轻，这 样设计完全满足了使用要求。但新的结构给生产带来新的问题，对这种复合材料结构质量如何进行 无损检测却成为关键。作为一种新设计件，首先应给出产品质量控制的无损检测方法，规定可接受 的标准等。这对新设计件没有经过充分试验而要制定出验收检测标准，难度是相当大的。其原因是 ，复合材料无损检测方法目前虽然很多，但要找到合适而有效的方法并不很容易，加之一个单位也 不能都具备所有的检测方法。另外对于该件检测时为了提前发现连接处（杯形件）开口区域边线是 否分层，需加一定载荷后进行检测，加的载荷太大会加速分层，造成不应有的损失，加载过小不易 发现缺陷。要找个合适的预加载值不进行实地研究是非常难的，这就需突破两大关键难点：一是适 合这种结构的无损检测法；二是检测时加的载荷大小。为寻求无损检测方法和预加载值，用于批量 产品无损检测，其解决的技术途径是利用二块侧垂直安定面复合材料结构件。一块是薄型：内部无 梁，面板仅两层碳市，称为基本型，它只适用于一般正常飞行。另一块是加强型：就是本文要求解 决无损检测及检测预加载值的产品，加强型可满足特殊状态飞行。前一种即基本型已有典型检测规 程，无损检测方法简单，仅在连接点周围用超声波（2100胶接显示仪）作无损检测，预加载仅 800N，在一般区域用自视检查和用敲击法检查即可。而加强型面板厚度厚结构形式也有很大改 变，检查内容也多，除一般目视检查和重点保证连接区、梁区无分层脱胶外，在蜂窝区和泡沫夹层 区也要分区进行检测，不仅不能用敲击法检查，而且连基本型用的仪器和试验托架及加载系统都不 能用，这必然会给无损检测工作带来难度。本文主要介绍对这种特定结构的载荷及无损检测方法的 选定，检测结果和对加强型检测方法及预加载。2检测方法的探讨和选定曾试图借用成熟的基本型 方法进行检测，经实践证明铺层厚度增厚和结构形式改变之后还想用原仪器设备进行无损检测是无 效的，生产中对连接区采用低频率直径大的换能器检测分层还是有效果的，但要进行别的区域检测 还仍然有问题。为此也曾采用超声波测厚法来解决梁区和面板是否有分层的试验，这一方法如没有 典型标准试件和事先知道的理论厚度也是不能正确判断的，使用将受到限制。为解决检测问题，立 足于现有仪器设备，充分考虑研究，选用福克70型胶接试验仪进行检测。21福克仪工作原理福 克胶接试验仪的工作原理系一种用压电晶体作换能器以超声谐振和阻抗为基础，测量各种载体改变 对换能器阻抗和对固有谐振频率的影响，是提供胶接接头的内聚质量信息的唯一实用方法。把换能 器放在胶接接头上时，谐振频率和阻抗发生改变，改变值取决于胶接接头的物理性能，诸振频谱的 扫迹可在A标度的荧光屏上显示出来，波蜂振幅表示换能器两端的电压差是由B标度的表头来指示 的，见图2。当换能器耦合到高密度材料时，将发生频率偏移和振幅降低，当耦合到低密度材料时 ，只振幅发生变化而频率偏移接近千零。22换能钻的选用在薄板金属结构胶接件上，一般常用3 814晶体。考虑纤维增强复合材料是一种非均质介质且其密度低，故选用了低频的1234晶体 。2．3仪器的核准在进行试验测量前或进行测量过程中，必须对仪器进行核准，这里的校准不光 指仪器的校验，而是利用合格的仪器通过带有人工缺陷的检测试块对仪器进行调整予以标定。其方 法是在试块缺陷处涂耦合剂，然后把换能器放在缺陷部位上，用“调谐”和／或“微调”旋或，使 A标度谐振波峰精确地位于中心垂线（0位），借助“增益”旋或调节B桥度指100，俗称“0 ／100”校准。通过验证校准后方能对产品进行检测。3试验前的准备试验前的准备工作内容是 除前述检测方法的确定、仪器的准备和校验外，主要有以下几方面的工作。3．1试件的准备复合 材料制件造价昂贵，要单独研制工件约需数十万元。为使这项工作能顺利进行又能达到试验目的， 利用原有的基本型一件和做过别的试验并要补充加工，事先检查合格的加强型一件。在试件上划出 测量点，并按顺序编好号，列出相应的测试表格以便记录测试结果。由于测试点多达数百个，若每 加一级载荷对每个点测一次，则试验周期将达数个月。经过分析，对重点的连接区和梁区应保留有 足够的测量点外，对一般区域的测量点作了删减和调整。32工实具准备对新制作的支架、吊篮、 吊挂系统和标准加载块进行检查和试装，见图3。4加载及无损检测跟踪试验41基本型试验利用 基本型试件，按试验程序和要求载荷由0分级加载到800N，并分别对每个测量点进行无损跟踪 测量，目的是检查测试仪器、测试结果和加载设备工作是否正常。经过预先性试验检测评审后，开 始对基本型侧垂直安定面进行了加载及无损检测跟踪试验。加载值从0开始，等分25个级别的载 荷，每加一次载荷对测量点检测～次，并作好记录。加载过程中，曾分别在载荷2207N、40 07N和5007N作了卸载，并检查变形，未发现有残余变形。当加载至4607N时曾发出嘶 嘶响声，加载至5507N，正在作无损检测时发出较大响声，并突然断裂。断裂位置在上排连接 点附近，如图4所示。42加强型试验先进行原始状态检测，然后从0开始逐级加载，载荷级别分 52次进行，其加载过程和无损检测跟踪程序与基本型试验相同。加载过程中，分别在载荷105 7N、1207N、135O7N、17447N时卸载，检查变形，未发现有残余变形。当加载 至7757N时嘶嘶响声，从无损检测数据分析连接点局部已有脱胶情况，当加载至11507N 时，在局部连接点处仪器指示A标度为RI、B标度为85，这说明在连接点处的面板出现分层。 其余部位未发现有分层情况。当加载到19304N时发出巨声，从两排连接点中间断开，如图5 所示。4．3两种试件测试结果比较为了便于直观地了解两种试件加载检测直至破坏的情况，见如 下表：5结论通过两种不同结构形式的试件加载及无损检测跟踪直到破坏试验结果，可以得出如下 几点结论。51整个加载过程中进行无损检测跟踪，其目的是提前发现结构内部是否有分层情况， 确定多大载荷时开始有分层。这次进行无损检测跟踪，基本型没有发现布层之间出现分层，而仅加 强型在连接区局部出现分层。通过此试验研究表明用福克胶接试验仪可以用到批生产检验中去。从 而可知采用福克胶接试验仪能检测复合材料结构制品，这就足够说明福克胶接试验仪无损检测技术 的应用发展。52基本型预加载为800N。加强型设计时就要求强度达到或超过基本型的3．0 倍以上，按试验结果是3．5倍的关系，便得出加强型预加载值应是2800N。这种简单的取法 纯系理想化状态，没有考虑到材料质量上不稳定，复合材料结构工艺生产不稳定因素引起的分散性 等。故应作适当修正，将35修正为3．125，由此可以确定加强型无损检测时预加载值的大小 ，即2500N。53从变形测量值而言，到破坏载荷时基本型要比加强型变形大，在同一支持距 离750毫米内最大挠度值为57毫米，而加强型虽然最终破坏载荷大于基本型的3．5倍，然而 挠度却只36毫米。这正好说明加强型面板增厚并加了二根碳维布梁后大大提高了刚度，增强了承 载能力，这正是设计所希望的。54从图《、图5可见断裂位置都在连接区。加上所述，作为双支 点梁中间连接处受了集中载荷，中间的奇矩最大，如果工艺质量得到保证，试验方法正确，达到极 限载荷时，必然在连接区中间断裂。由于基本型没有二根梁，上部截面缩小，断裂就发生在上然连 接处有加强布的过渡区，此区正好是薄弱环节。55综上述，这次试验结果达到了预期目的，这对 复合材料结构设计和研究具有重要意义。复合材料结构无损检测及加载试验研究@廉京活$哈尔滨 飞机制造公司!哈尔滨,150060复合材料;;层压材料;;气动载荷介绍了对某直升机加强例垂直安定面复合材料结构件的加载及无损检测跟踪试验全过程，通过分析试验结果确定无损检测方法和预加载值的大小。1廉京活.金属结构胶接强度无损检测.无损检测,1995(6):166～168、170
2陈金根.复合材料制品的超声检测.无损探伤,1995(6):1～8
3简泽.碳纤维复合材料的低能量冲击损伤的无损检验.航空制造工程,1995(9):24～2 7豕蚁低澈捅曜技釉乜榻屑觳楹褪宰埃?。4加载及无损检测跟踪试验41基本型试验利用 基本型试件，按试验程序和要求载荷由0分级加载到800N，并分别对每个测量点进行无损跟踪 测量，目的是检查测试仪器、测试结果和加载设备工作是否正常。经过预先性试验检测评审后，开 始对基本型侧垂直安定面进行了加载及无损检测跟踪试验。加载值从0开始，等分25个级别的载 荷，每加一次载荷对测量点检测～次，并作好记录。加载过程中，曾分别在载荷2207N、40 07N和5007N作了卸载，并检查变形，未发现有残余变形。当加载至4607N时曾发出嘶 嘶响声，加载至5507N，正在作无损检测时发出较大响声，并突然断裂。断裂位置在上排连接 点附近，如图4所示。42加强型试验先进行原始状态检测，然后从0开始逐级加载，载荷级别分 52次进行，其加载过程和无损检测跟踪程序与基本型试验相同。加载过程中，分别在载荷1057N、1207N、135O7N、17447N时卸载，检查变形，未
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