从20世纪70年代开始,航空工业中的复合材料使用量不断增加。传统的制造飞机结构的材料包括铝、钢和钛等。而复合材料的主要优势在于减轻重量和简化装配过程。性能方面的优势和减轻飞机结构重量成为军用飞机复合材料发展的主要推动力。虽然商用飞机逐渐关注燃油经济性,但复合材料的发展仍然主要受到降低生产和维护成本的推动。随着对航空复合材料的研究不断深入,工业CT技术对其研究有着巨大的贡献。工业CT技术可以在不破坏样品的情况下清晰地显示样品内部的结构,例如孔隙、裂缝等,是目前先进的无损检测技术之一。
使用射线检测,特别是工业CT检测是检测复合材料结构的直接有效方式。它具有高空间分辨率和高对比度分辨率,可以实现对试件进行3D成像检测,并全面立体呈现其内部结构性,缺陷的空间形状,材料分布状态。这是目前精确、可靠的无损检测手段之一。高分辨率工业CT配置微纳米焦点射线管,则可以实现对复合材料试件的微观检测和分析。它能够更准确地掌握试件的详细信息,不仅可以检测夹杂、分层、裂纹、变形等结构缺陷,还可以进行孔隙率和孔隙分布状态、内部纤维方向、纤维含量和有限元分析等。
由于目前工业CT的射线源的焦点尺寸已经能够达到纳米级别,因此工业CT适用于短纤维、玻璃纤维和碳纤维等复合材料样品的高分辨率扫描。这可以获得样品内部的材料分布、缺陷特征和尺寸等信息,并且能够定量定性的分析出材料内部的缺陷尺寸、缺陷占比、夹杂提取及纤维方向等。对于航空复合材料制作的涡轮叶片,也可以通过工业CT查看其内部的孔隙,并计算出其内部孔隙率大小。
总的来说,由于工业CT能够在不破坏样品的情况下,清晰、准确、直观地分辨复合材料内部结构(纤维/纤维束,基体,孔隙),展示复合材料内部的细微缺,工业CT在航空复合材料领域的应用日益增加,对航空复合材料的贡献越来越不可替代;采用微纳米焦点X射线源,可实现微米级甚至亚微米级的分辨率,适用于复合材料的微观结构,能对复合材料内部的多孔隙特征进行高分辨率结构分析和取向分析;可视化软件可实现对复合材料的高分辨率CT数据进行任意截面密度和内部结构尺寸的测量,提取微气孔体积数据进行统计分析计算孔隙率,提供了方便、有效的评估手段;工业CT技术可对平面薄板构件以及大型构件进行高分辨率的检测。
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