开题报告-碳纤维复合材料涡流检测方法研究.doc

一、选题的依据及意义： 众所周知，随着科技的发展，碳纤维增强型复合材料因其优越的性能在飞机制造、汽车制造、化工、造船与电气设备等领域受到高度重视，尤其是在航空、船舰、核能设备等领域作为一种新型的非金属材料，应用越来越广泛。它具有诸如低密度、耐高温、高韧性、高化学稳定性、高导热性、高设计容限以及对热冲击不敏感等优良特性。然而，复合材料结构在制造和使用过程中不可避免地会存在缺陷和遭受损伤。并且，碳纤维复合材料在损坏之前几乎没有先兆，其破坏具有突然性，这往往会造成严重的后果。因此，碳/碳复合材料零件内部缺陷的无损检测对于一些重要行业的特殊应用具有非常重要的意义。 现有的比较成熟的检测方法有红外热成像检测、X射线检测、超声检测、激光检测、声发射检测、微波检测等。这些技术都达到了一定的效果。但是随着航空技术的发展，对材料性能安全系数的要求越来越高，所以对检测技术的要求也越来越高。涡流检测较传统检测方法在某些方面有一定的优势，不仅可靠性高，而且在探测时不需清除零件表面的油脂、积碳和保护层，很多时候可在不分解飞机的前提下，在外场对飞机进行原位探伤。所以，涡流检测在航空维修中应用很广泛。 涡流检测是根据电磁感应原理发展起来的一种无损检测方法，即交变磁场在导电材料中感应出涡流，导电材料的表面层和近表面层的缺陷影响涡流的大小和分布，从而影响探头测得的信号，根据信号的变化可得出缺陷的信息。涡流检测在金属材料的检测上已趋成熟，然而碳纤维复合材料相比于金属材料，结构更加复杂，电导率很低，且呈电各向异性，所以涡流检测技术在碳纤维复合材料上的应用要比金属材料更加复杂。碳纤维复合材料的涡流检测研究是近年来才开始的，国内外的相关文献还都很少，还有很多探索性的具有重大意义的工作要做。本论文正是基于这一现实情况，研究涡流检测技术在碳纤维复合材料性能检测和探伤方面的应用。 二、国内外研究概况及发展趋势： 碳纤维是主要由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。在纤维增强材料中，碳纤维是发展最迅速，应用范围最广，可适用于不同领域要求的纤维材料。碳纤维是一种新型非金属材料。它和它的复合材料具有密度低、耐热、耐化学腐蚀、耐摩擦、抗辐射、减震、降噪等一系列优异性能，而且作为纤维它还有柔软性和可编、可纺织性，特别突出的是它的高比强度和高比模量两大特性。碳纤维增强复合材料是八十年代后期发展起来并倍受重视的一类结构材料。随着制备技术的不断进步，其发展十分迅速，被广泛应用在航空航天、舰船、核工业、兵器工业、汽车工业、民用建筑、电力电子等领域。碳纤维增强复合材料在制备和使用过程中由于各种原因，会造成材料制品存在不同类型的缺陷。与金属材料不同，碳纤维增强复合材料在断裂或损坏之前几乎没有先兆，其破坏具有突然性，并往往对结构造成致命威胁，直至造成重大安全事故，因而对碳纤维复合材料的在役无损检测就显得格外重要。 航空工业最早大量采用碳纤维复合材料。碳纤维复合材料因其独特、卓越的性能，在航空领域特别是飞机制造业中应用广泛。在航空工业中，飞行器的质量减轻，就意味着油耗的降低，速度的加快。碳纤维强度高、密度低、变形量低的特点决定了它是理想的航空材料。目前，碳纤维复合材料在小型商务飞机和直升飞机上的使用量已占7O%-8O%，在军用飞机上占30%-40%，在大型客机上占15%-50%。碳纤维复合材料在飞机上的应用已从非承力部件扩大到主承力部件，如机翼、垂尾、前机身、鸭翼、腹鳍、方向舵及升降副翼。另外，碳纤维复合材料还大量用作高超音速飞机的刹车片，飞机上的发热元件和机械紧固件，涡轮发动机叶片，内燃机活塞等。近几年，碳纤维复合材料也开始应用于航天领域。目前，主要应用于卫星结构、运载火箭、精密支撑结构件、光学镜体及空间相机等方面。 90年代后期，碳纤维复合材料逐渐在汽车、土木建筑及文体用品等民用领域大显身手。碳纤维复合材料扩大应用的最大希望在于在汽车工业的应用。在汽车车身、零部件中使用碳纤维复合材料，不但可以降低汽车的重量，而且可以更加经济环保，降低油耗。碳纤维复合材料刹车片是其中非常重要的应用之一。碳纤维复合材料刹车片主要用于高速列车。随着我国高速列车的飞速发展，这一应用具有美好的前景。水泥在土木建材领域中用量最大，但水泥也有诸如脆性大、抗拉强度低等缺点。而现在用混凝土或水泥为基体制成的碳纤维增强复合材料，克服了水泥强度低，在混凝土中易开裂，易受到氯盐、硫酸盐等侵蚀的缺点，在冬季及寒冷地区有很大的应用空间。碳纤维在体育用品方面的用量，占全世界碳纤维总消耗量的40%左右。碳纤维增强复合材料由于其高的比强度和高的阻尼特性主要被用在高尔夫球棒、钓鱼竿、网球拍、羽毛球拍、越野赛汽车和滑雪板等的制造。近年来，随着碳纤维产量的增加和价格的下降，碳纤维被广泛应用于基础设施、能