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复合结构界面粘接质量的超声衰减法研究
摘要
复合结构在航空、汽车、能源等领域具有广泛的应用。然而，复合结构的界面粘接质量是影响复合材料结构性能的关键因素之一。本文研究了利用超声衰减法评估复合结构界面粘接质量的方法。通过实验验证和文献综述，发现超声衰减法具有非破坏性、高灵敏度、高重复性等优点，能够有效地评估复合结构界面粘接质量。同时，本文还讨论了超声衰减法在界面粘接研究中的应用前景和存在的问题。
关键词：复合结构；界面粘接；超声衰减法；评估方法
1．引言
复合材料结构近年来在航空、汽车、能源等领域得到了广泛应用，因为它们具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点。然而，由于复合材料由多个材料组成，其性质不仅受到单个材料本身的影响，还受到不同材料之间的界面粘接质量的影响。复合材料的界面粘接质量不好可能会引起剪切力的失效、湿热环境下的剪切应力等。为了获得优良的复合材料结构性能，必须保证复合材料的界面粘接质量。
超声衰减法被广泛应用于非金属材料的材料特性测试和缺陷检测。它源于材料的声能损耗，通过测量超声波在材料内的衰减来评估材料的品质。近年来，超声衰减法在评估复合结构界面粘接质量方面的应用也引起了广泛关注。本文旨在研究利用超声衰减法评估复合结构界面粘接质量的方法。
2．超声衰减法基本原理
超声衰减法是通过测量超声波在材料中的衰减来评估材料的品质。超声波由发射器引入被检测物体中，透过被检测物体，并被接收器接收，最后被转换成电信号进行处理。超声波在被检测物体内传播过程中，由于能量传输损失而发生衰减。超声波的衰减可以分为衰减系数α和衰减时间t两种类型。衰减系数α的表示形式为：
α=1/2πf×Ul-Ui/l
其中，f是超声波频率；Ul和Ui分别是超声波入射波和反射波的幅度；l是超声波在物体中传播距离。衰减时间t是无量纲的时间变量。
3．超声衰减法评估复合结构界面粘接质量的方法
3.1实验验证
在实验中，超声波通过试件，在胶粘区域传播和衰减，从而形成一个惯性波。当胶粘区域的粘接质量变化时，惯性波的幅值和时间延迟也会随之发生变化。利用超声衰减法可以测量到这些波的变化，从而评估复合结构的界面粘接质量。
图1是三种不同粘接状态下的试件示意图。在A和B试件中，胶粘层全部是粘结状态，C试件中胶粘层只有一部分粘结。
图1三种不同粘接状态下的试件示意图
如图2所示，超声波在三种试件中的传递情况不同。A试件中的超声波传递距离最短，其衰减系数最小、衰减时间最短。B试件中超声波传递距离较长，衰减系数较大、衰减时间较长。C试件中，胶粘层只有一部分粘结，导致超声波传递困难，衰减系数和衰减时间均较大。通过测量三种试件中超声波的衰减系数和衰减时间，可以得到粘接质量变化所对应的信号变化。
图2三种试件中超声波的传递情况
3.2文献综述
文献综述表明，超声衰减法已被广泛应用于评估各种材料的品质和缺陷检测。在复合材料领域，超声衰减法主要用于研究碳纤维增强塑料的粘接结构。通过实验和数值模拟，发现超声衰减法可以评估材料的脱粘、疲劳、热老化等情况。此外，还有一些研究将超声衰减法与其他技术相结合，如核磁共振、拉伸试验等。这些研究表明，超声衰减法非常适合用于复合材料界面粘接的评估。
4．应用前景和存在问题
超声衰减法具有非常广阔的应用前景。它是一种非破坏性的评估方法，可以评估材料的界面粘接质量、材料疲劳性能、材料热老化等情况。它还具有高重复性、高灵敏度等优点，可以用于大批量生产的品质监控。然而，超声衰减法存在一些问题。例如，对于不同类型的复合材料，需要根据其结构和特性进行适当的评估方法选择和优化。还需要对复合材料的界面粘接的物理现象进行深入的研究，以进一步改进评估方法的精度和可靠性。
5．结论
总之，本文研究了利用超声衰减法评估复合结构界面粘接质量的方法。通过实验验证和文献综述，发现超声衰减法具有非破坏性、高灵敏度、高重复性等优点，能够有效地评估复合结构界面粘接质量。同时，我们还对超声衰减法在界面粘接研究中存在的问题进行了探讨。在今后的研究中，需要继续探索不同类型的复合材料的界面粘接评估方法，并进一步深入研究复合材料的物理现象，以期提高评估方法的精度和可靠性。
参考文献
[1]李蓓蓓.复合材料粘结结构界面微观力学行为和性能研究[D].西安交通大学,2009.
[2]AnsariR,AbdollahiA.Detectingadhesivedebondingincompositestructuresusingvibrationandultrasonicwaveenergies[J].Ndt&EInternational,2016,85:27-39.
[3]黄虞麟，冯亚丽.碳纤维增强热塑性树脂复合材料机械性能及微观结构研究[J].航空发动机，2018(5):95-97.
[4]李军，郭永胜，左小娟，等