定量無損表征固體粘接界面粘接力的分布

《定量無損表征固體粘接界面粘接力的分布》是依託南京大學，由陳建軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：定量無損表征固體粘接界面粘接力的分布
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳建軍
• 依託單位：南京大學

項目摘要

隨著多層複合材料在國防、航空、醫療及其他民用工業中的大量套用，複合材料粘接界面粘接力的定量值直接決定了材料使用的長期性、有效性和安全性。雖然拉斷方法可以得到粘接力的大小，但它是有損的而且不能得到整個粘接面粘接力的分布情況；一些物理方法可以檢測界面脫粘或裂紋的存在，但是界面粘接的好壞主要取決於粘接力的定量值而不是界面粘接狀態。比如界面粘接得很均勻，沒有裂紋或脫粘，卻有可能粘接力很小。因此，衡量界面粘接好壞的唯一指標是界面粘接力定量值。本項目開創性的提出了一種聲反射法來定量無損表征粘接界面粘接力的分布。它利用聲波通過粘接界面時產生的聲非線性現象。這種非線性現象的強弱與界面粘接力的大小直接相關，因此可以通過測量反射波中的聲非線性參值來反推出界面粘接力的定量值。同時藉助聲掃描顯微鏡系統可以完成界面粘接力定量值的掃描成像。這就為評價界面粘接強度提供了直觀的檢測依據。理論依據中給出了初步理論和實驗。

結題摘要

隨著多層複合材料在航空、國防、醫療及其他民用工業中的大量套用，為保證系統使用的長期性、有效性與安全性，對材料層與層之間粘接強度的檢測和評估成了必不可少的重要工作。常用的物理檢測方法都能檢測到粘接界面存在的裂紋和缺陷，但卻無法定量描述出界面粘接力的大小。眾所周知，裂紋和缺陷的存在並不能說明粘接強度的強弱，只有界面粘接力的定量值才是判斷粘接界面粘接強弱的唯一標準。如何定量無損的獲得粘接力的定量值受到越來越多的關注，也是材料工業迫切想解決的問題。本項目開創性的提出了一種界面聲非線性方法來定量無損檢測粘接力。 研究發現，粘接界面的存在使得傳播到界面的聲波產生非線性現象，非線性參數與界面的粘接狀態密切相關，使用非線性聲學量來檢測粘接界面粘接狀態吸引了越來越多的研究者的關注。本項目所採用的是界面接觸聲非線性模型，這裡的接觸聲非線性是指當粘接界面的兩個邊界在聲波的作用下相互碰撞時，會有大量諧波產生。其中定義的接觸聲非線性參數是反射波中二次諧波振幅與基波振幅平方之比，它與界面粘接力直接相關，通過測量接觸聲非線性參數，就可以反推出界面粘接力的定量值。本課題首先理論計算了反射波中接觸聲非線性參數與界面粘接力的定量關係並用實驗進行了驗證；其次為了實現掃描，進行了聚焦換能器的設計及性能測試，並測量了選定聚焦換能器的聲場分布；然後根據聲場的分布情況，計算出在界面處聲振幅的定量值，同時測量了聚焦換能器電聲轉換的頻響曲線，把測量的電信號值轉換成需要的聲振幅值；接著搭建反射測試系統，用計算機控制三維掃描平台和非線性超聲測試系統，實現了掃描測量的自動化，同時設計了實驗支架固定聚焦換能器和安放實驗樣品；最後，用該測試系統對一些不同界面粘接狀況的實驗樣品進行掃描，得到了它們界面粘接力定量值的分布情況，並與實際值比較基本一致。 本課題套用界面接觸聲非線性理論，採用反射法搭建了界面粘接力定量掃描系統，首次用無損方法得到界面粘接力的定量分布圖，通過分布圖可以清楚的分辨出粘接好和粘接差的區域，為材料是否可以安全使用提供了依據，從而為這方面的研究提供了一條新的思路。由於本方法採用的是超聲探測法，因此它具有檢測靈敏度高，可探測的厚度大，系統經濟，使用安全方便等優點。而且此方法採用反射式的，有利於它在實際套用中的推廣使用。