先進樹脂基復合材料層合結構纖維屈曲超聲檢測技術研究進展*

徐桂榮，馬騰飛，李 洋，肖 鵬，周正干

（1.航空工業哈爾濱飛機工業集團有限責任公司，哈爾濱 150066；2.北京航空航天大學，北京 100191；3.北京航空航天大學寧波創新研究院，寧波 315800；4.中國商飛復合材料中心，上海201324）

復合材料具有密度低、強度高、剛度大、抗顫振能力強等優點，在航空工業領域被廣泛應用于機身、機翼、水平尾翼、垂直尾翼、機匣、風扇葉片等重要結構[1]。受制造工藝、使用環境等因素影響，復合材料內部可能存在分層、氣孔、夾雜、脫粘、孔隙等多種形式缺陷，直接影響結構件的力學性能和使用安全性。對于采用鋪層工藝制備的碳纖維增強樹脂基復合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）層合結構，除上述類型缺陷外，還應重點關注由纖維屈曲缺陷引起的材料力學性能失效。

纖維屈曲缺陷也稱褶皺缺陷，由碳纖維預浸料固化成型時碳纖維的彎曲變形引起，包括面外和面內兩類，其中，面外缺陷的幾何形態如圖1（a）所示，表現為厚度方向上多個碳纖維層的整體幾何彎扭；面內缺陷的幾何形態如圖1（b）所示，表現為碳纖維層平面內碳纖維絲偏離預先設定的走向。

圖1 碳纖維增強樹脂基復合材料層合結構纖維屈曲缺陷Fig.1 Fiber buckling defects of CFRP

纖維屈曲缺陷的存在對結構件力學性能具有嚴重影響，研究數據表明[2]，纖維屈曲缺陷的產生概率負相關于層合結構件的厚度，3°左右的纖維屈曲缺陷將誘發約 74%的抗壓強度降低，5°左右的纖維屈曲缺陷將誘發約 90%的疲勞壽命降低，10°左右的纖維屈曲缺陷將導致結構件具有超過20%的抗壓強度折減系數。……