复合材料层板冲击损伤检出概率预测研究

针对航空领域复合材料层板冲击损伤检出概率的影响因素复杂、不确定性难以进行准确预测的问题,将BP神经网络和模糊推理系统相结合,提出了一种基于自适应神经模糊推理系统(Adaptive Neuron Fuzzy Inference System,ANFIS)的冲击损伤目视检测检出概率预测方法。首先利用仿真函数验证预测模型的有效性,然后以实验数据为例进行仿真分析,与传统的BP神经网络和支持向量机预测模型进行比较。仿真和实验结果表明,自适应神经模糊推理系统预测模型在目视检测损伤检出概率预测中具有更高的精度。

目视检测损伤检出概率BP神经网络预测模型

为了获得更可靠的检出概率,提高目视检测结果准确性,保证航空维修安全,根据检测环境影响因素实验结果,选取照明条件、检测距离、检测角度、损伤深度作为检测结果影响因素,采用反向传播(BP)神经网络,以4个影响因素作为输入层神经元,检出概率作为输出层神经元,通过网络训练对样本数据进行仿真,建立检出概率预测模型,通过比较预测和实验数据对模型进行检验。结果表明,模型预测与实验所得检出概率值均方百分比误差为4.79%,模型预测结果是有效可行的。根据目视检测损伤检出概率BP神经网络预测模型可以选择符合要求的检测条件。

环境因素影响复合材料目视检测的试验研究

为保证航空维修检测可靠度,提高维修效率,采用因素设计法,通过试验考察照明条件、板面颜色、检测距离以及检测角度等环境因素对维修人员目视检测结果的影响,用统计方法得出不同条件下95%置信水平的损伤检出概率(POD)。结果表明:为达到更高的POD,检测距离越小越好,照明条件不宜过亮,检测角度以垂直最好;在所考察的影响因素中,距离的影响程度最大,光照和角度次之,板面颜色影响并不大。

聚芳醚酮(PAEK)树脂熔体黏度及冲击能量对其复合材料冲击损伤行为的影响

采用两种不同熔体黏度的国产高性能聚芳醚酮树脂(PAEK-L、PAEK-H)及国产T300级碳纤维(SCF35),制备了碳纤维增强聚芳醚酮(SCF35/PAEK)热塑性复合材料,研究了树脂基体黏度及冲击能量对复合材料冲击性能的影响,采用Micro-CT表征了准静态压入试样的内部形貌,研究了复合材料的冲击损伤机制。结果显示流动性较低的PAEK-L树脂基复合材料比流动性较高的PAEK-H树脂基复合材料具有更高的抗冲击性能,SCF35/PAEK-L复合材料体系冲击能量的损耗比SCF35/PAEK-H复合材料体系低~7%,其损伤面积小~90%,在6.67 J/mm的冲击能量下,其冲击后压缩强度达到~307 MPa,比SCF35/PAEK-H复合材料体系冲击后压缩强度(205 MPa)高~50%;SCF35/PAEK-L复合材料中表面凹坑的深度随冲击能量的增加呈增加的趋势,冲击后压缩强度随冲击能量的增加呈降低的趋势,当复合材料的表面凹坑深度达到1.0 mm左右,即达到勉强目视可见冲击损伤(BVID)门槛值时,剩余压缩强度为~268 MPa。准静态压入实验结果显示,SCF35/PAEK-L复合材料受到冲击后表面凹坑主要由树脂基体的塑性变形及纤维屈曲造成,表面凹坑周围的裂纹由压缩应力造成,冲击过程中试样背面的纤维在拉伸应力的作用下发生断裂,试样底层的纤维在剪切力的作用下萌生层间裂纹,随着试样挠曲变形程度的增加,纤维的断裂程度增加且层间裂纹逐渐扩展。

复合材料层合板低速冲击损伤激光散斑干涉无损检测研究

复合材料层合板在外界激励下很容易产生层合板表面无法探测到的内部低速冲击损伤,从而引起材料失效甚至破坏。首先通过对低速冲击后的层合板进行目视检测获得了层合板受冲击后的若干损伤特征,然后利用数字散斑干涉测量技术(DSPI)对受到低速冲击的层合板在热载下进行内部低速冲击损伤检测。实验结果表明DSPI技术通过观察散斑干涉条纹的不规则分布即可准确、灵敏识别复合材料层合板表面难以观察到的内部低速冲击损伤,并且通过图像处理技术及相移技术可以准确评估内部低速冲击损伤对复合材料层合板的结构变形带来的影响。

低速冲击下复合材料层板压缩许用值

为评估航空结构中常用的T300级和T800级2种碳纤维/环氧树脂复合材料层压板的冲击后压缩许用值,对2种材料体系下具有不同厚度及铺层的层板进行了低速冲击和冲击后压缩试验;讨论了冲击能量、凹坑深度、损伤面积及冲击后剩余压缩强度等之间的关系,以及厚度、铺层、表面防护等因素对其造成的影响;重点关注了2种材料体系下各组层板的目视勉强可见冲击损伤(BVID)形成条件以及含BVID层板的剩余强度。结果表明:厚度及铺层对层板的凹坑深度-冲击能量关系影响较大,而对冲击后压缩强度-凹坑深度及冲击后压缩破坏应变-凹坑深度关系影响较小,且在相同铺层比例下,BVID对应的冲击能量随厚度近似呈线性增长。X850层板的损伤阻抗性能明显优于CCF300/5228层板的,但二者损伤容限性能相当。加铜网、涂漆等表面处理显著提高了层板的损伤阻抗,但对损伤容限性能影响不大;在损伤不超过BVID时,所有CCF300/5228试件的压缩破坏应变均大于4 000με,而X850材料体系下压缩破坏应变均在3 000με之上。

民机复合材料结构冲击后压缩设计值的确定方法

冲击后压缩设计许用值是复合材料飞机结构设计的一个非常重要的参数。本文通过分析常用的目视检测方法和飞机结构冲击能量统计结果,从凹坑深度和冲击能量截止值两方面定义了目视勉强可见损伤;根据民机设计兼顾安全性和经济性的特点,作者提出压缩设计许用值中的目视勉强可见损伤应综合考虑,慎重确定。文章还研究了复合材料层压板的抗冲击性能,从工程应用角度给出了结构冲击后压缩设计许用值的确定要点,即用小试样的冲击后压缩试验结果推导的基准系数和环境系数,对元件乃至典型结构件的冲击后压缩试验结果进行修正。

复合材料结构目视检测试验研究

复合材料结构目视检测方法有多种，本文目视检测研究是采用详细目视检测（DET）方法，考虑了颜色、照明（光线）、清洁度、视力、专业资质和检测角等因素，探索目视勉强可见冲击损伤（BVID）检测方法，得到BVID的初步数据，为国内飞机复合材料结构设计用BVID和VID的定义提供试验依据。