[发明专利]复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法

说明书

本发明提供了复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，先根据需设计的对比试块尺寸切割蜂窝芯形成蜂窝芯预制件，利用静压或低速冲击的方式使蜂窝芯失稳来产生损伤以模拟冲击导致的蜂窝芯子损伤，对蜂窝芯上芯子塌陷区进行修型后将含有芯子损伤的蜂窝芯预制件与上、下蒙皮固化形成对比试块。本发明能够真实模拟蜂窝夹芯结构中因冲击引起的各种损伤模式，采用以此方法制作的对比试块作为蜂窝夹芯结构检测时的设备调节基准，比采用现有损伤模拟方法预制的对比试块，能够更加精确的定量评价蜂窝夹芯结构因冲击引起的损伤程度，更有利于结构强度的正确评估和合理修理决策的制定。

技术领域

本发明属于结构无损检测技术领域，具体涉及一种复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，特别是针对外来物低速冲击引起的蜂窝结构中芯子损伤的人工模拟方法。

背景技术

复合材料蜂窝夹芯结构是由上、下面板和中间蜂窝芯通过粘结层胶接而成(见图1)，具有轻质高强的性能在航空航天、船舶、火车等工业领域应用广泛。然而，这种结构在使用中对冰雹、跑道碎石、维修工具坠落等带来的低速冲击尤为敏感。低速冲击会造成蜂窝结构的面板分层或破损、面板与蜂窝芯脱粘以及蜂窝芯子褶皱或断裂损伤，而且芯子损伤范围往往远大于蒙皮损伤，见图2。

冲击损伤会带来蜂窝夹芯结构承载能力的显著降低，因此，必须采用无损检测技术手段来探测出蜂窝夹芯结构中由冲击引起的损伤区域及范围，以便对结构进行及时修理，恢复其承载能力。而对蜂窝夹芯结构进行无损检测时，检测灵敏度调节和损伤评判基准的建立是在对比试块上来进行的。因此，对比试块的制作直接影响着最终的检测结果。

对比试块是含有人工预置模拟损伤的与被检测对象材料和工艺相同或相近的样件，对比试块中人工模拟损伤制作的是否合理和准确将直接影响后续检测结果的正确性。目前，对于蜂窝夹芯结构无损检测对比试块中人工损伤的制作通常采用的方法主要有插入金属片固化后拔出预留空腔法、加膜法、背面钻平底孔法以及将蜂窝芯局部切除法等几种模拟方式，见图3、图4所示。

从图2所示的复合材料蜂窝夹芯结构的实际冲击损伤形态可以发现，图3、图4所示的目前现有的几种人工损伤模拟方法仅能模拟面板的分层损伤以及面板与蜂窝芯之间的脱粘损伤，但均不能有效模拟因冲击引起的蜂窝芯子损伤，这给实际冲击损伤检测中检测灵敏度的调节及缺陷评判标准的建立带来偏差，影响蜂窝夹芯结构中冲击损伤的检出能力和对损伤范围边界尺寸的定量测量。

发明内容

本发明是针对上述复合材料蜂窝夹芯结构对比试块制作过程中现有的人工损伤模拟方法不能有效模拟因冲击引起的蜂窝芯子损伤的技术难题，研究建立的一种接近真实损伤形态的蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法。

技术方案：

复合材料蜂窝夹芯结构冲击损伤的人工模拟方法，包括如下步骤：

步骤一：通过对蜂窝夹芯结构冲击损伤进行数字仿真计算和真实冲击损伤蜂窝夹芯结构损伤区的断口观察，获取蜂窝夹芯结构冲击损伤特征，为冲击损伤的人工模拟提供基础；步骤二：根据需设计的对比试块尺寸切割蜂窝芯形成蜂窝芯预制件，利用静压或低速冲击的方式使蜂窝芯失稳来产生损伤以模拟冲击导致的蜂窝芯子损伤；步骤三：对蜂窝芯上因静压或低速冲击引起的芯子塌陷区进行修型，将塌陷的蜂窝芯壁拉伸与初始高度平齐并，修正并恢复受损蜂窝芯格的形状；步骤四：将修型后含有芯子损伤的蜂窝芯预制件与上、下蒙皮固化形成对比试块。

优选的，蜂窝夹芯结构冲击损伤特征包括蒙皮分层、蒙皮与蜂窝芯脱粘以及蜂窝芯子损伤特征。