Page 31 - 理化检验-物理分册2023年第二期

侯日立, 等: 飞机树脂基复合材料的初始热损伤检测方法

程度以及损伤的波及范围, 以便为后续的损伤评估
与修理提供依据, 但力学性能参数需要由专门的试
验确定, 难以现场原位实施。从复合材料初始热损
伤的机制看, 对材料力学性能退化起主导因素的是
基体, 以及基体和纤维界面力学性能的退化。材料
的硬度反映的是材料抵抗塑性变形的能力, 因此可
用硬度测试法检测材料热损伤的可能性, 而且可应
用于飞机金属结构热损伤检测中 [ 8 ] 。
笔者利用含不同程度热损伤的人工缺陷试块,
图10 维氏硬度测试结果
开展了基于洛氏、 巴氏硬度测试和基于纳米压痕的
巴氏硬度和洛氏硬度, 由于材料变形的范围较宽, 测

维氏硬度测试。其中, 洛氏硬度按照标准 GB / T
量结果受纤维的干扰比较大。从检测的可操作性

3398.2 — 1988 《 塑料洛氏硬度试验方法》 实施, 巴氏
看, 巴氏硬度测试是单面的, 可在现场原位实施。洛
硬度按照 GB / T3854 — 2017 《 增强塑料巴柯尔硬度
氏硬度测试虽然也有可在现场原位实施的便携式设
试验方法》 标准实施, 试验结果如图8 , 9所示。采用
备, 但由于需要双面加载, 检测范围受设备尺寸限
纳米压痕仪进行维氏硬度测量, 按压式压头直径为
制。纳米压痕检测虽然很灵敏, 但目前尚不能实施

20nm , 测试结果如图10所示。
原位检测。
在现有设备条件下, 可以采用洛氏或巴氏硬度
测试的方法来检测树脂基复合材料的初始热损伤。
在利用该方法实施检测时, 应首先通过试验, 分别制
作材料力学性能与加热温度、 硬度与加热温度的关
系曲线, 将该两种曲线放在同一个坐标系中( 见图
11 ), 便建立了材料力学性能与硬度的关系。实际检
测时, 只需要进行硬度测试, 并获得硬度( 图11中a
点的值 ), 即可反推材料的力学性能( 图 11 中c 点

图8 洛氏硬度测试结果 的值)。结合相应修理手册中的评估标准, 即可确定
损伤的程度。需要特别注意的是: 材料的硬度随加
热温度的变化规律为非单调变化, 因此检测时应从

烧伤的区域开始, 第一个临界点即为损伤的边界点。

图9 巴氏硬度测试结果
从上述几种硬度测试的结果看, 随着加热温度
的变化, 材料的3种硬度都有明显变化, 且与前面介
绍的材料力学性能同步。因此从原理上看, 3 种硬 图11 材料的硬度与力学性能的关系
度测试方法可以用来检测材料的热损伤。从检测的
精度看, 基于纳米压痕的维氏硬度对加热温度的变 4 结语

化最敏感, 这主要是因为该方法测量的是显微硬度, 对飞机树脂基复合材料热损伤的机制进行了初
作用力小, 反映的是基体以及基体与纤维界面的性 步探讨, 提出的基于硬度测试的方法操作简单, 并能
能, 正好与复合材料的初始热损伤机制符合。对于 ( 下转第53页)

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