[发明专利]促进层边界的超声成像的复合部件

说明书

提供了用于复合部件的超声成像的系统和方法。一个实施例是一种方法，该方法包括：提供具有多个纤维和树脂层的物体，在沿着物体的多个位置处引发超声波，以及由于散布在层之间的区域而使超声波在区域处衰减，每个区域表现出与纤维的弹性模量不同且与基体的弹性模量不同的弹性模量。该方法进一步包括：接收衰减的超声波，以及分析衰减的超声波以确定区域的深度。

技术领域

本发明涉及复合设计领域，并且特别地涉及复合部件。

背景技术

例如碳纤维增强聚合物(CFRP)部件的复合部件最初以一起形成未硬化层压件的多层形式铺设。层压件的每个层内的单个纤维彼此平行对齐，但不同的层可表现出不同的纤维取向，以增加所得到的复合部件沿不同维度的强度。层压件可以包括未硬化(例如，粘性半固体)树脂，其在升高的温度下硬化以使层压件硬化成复合部件(例如，用于飞机中)。对于热固性树脂，硬化是一种称为固化的单向过程，而对于热塑性树脂，如果再加热，树脂可能会返回到未硬化的形式。

为了确保复合部件表现出预期的强度水平，可能期望确保复合部件内的纤维不会在未预料到的位置中表现出不一致性，例如曲率或弯曲。然而，复合部件是不透明的，因此需要进行破坏性测试以检查内部不一致性，因为非破坏性成像(NDI)的当前状态产生不具有期望的清晰度水平的结果。例如，破坏性测试可能涉及从复合部件中取出样品，并目测检查样品的层之间的交叉区域的不一致性。以这种方式，技术员可以小心地切割复合部件以露出其内部部分。这种技术改变了所测试的复合部件的结构，并且还仅量化了复合部件的紧邻样品的那部分。

复合部件的设计者继续寻求增强的技术来对复合部件的内部组成进行成像。因此，可希望具有一种考虑到至少一些上述问题以及其他可能的问题的方法和设备。

发明内容

本文中描述的实施例提供了增强的复合部件，其在纤维增强材料的内层之间的边界处表现出充分改变的弹性模量。例如，这些复合部件可以在边界处利用内部孔隙或颗粒以引起弹性模量的这种变化。通过在边界处引起弹性模量的变化，在边界处复合部件的声阻抗发生改变。这允许通过超声对边界进行高对比度成像。

一个实施例是一种方法，其包括：提供具有多个纤维和树脂层的物体，在沿着物体的多个位置处引发超声波，以及由于散布在层之间的区域而在这些区域处使超声波衰减，每个区域表现出与纤维的弹性模量不同且与基体的弹性模量不同的弹性模量。该方法进一步包括：接收衰减的超声波，以及分析衰减的超声波以确定区域的深度。

另一个实施例是一种方法，其包括：铺设包含纤维和未硬化树脂的基体的纤维增强材料层，以及将与纤维和基体不同的材料散布在该层的表面上。

另一个实施例是一种包括复合部件的产品。复合部件包括纤维增强材料层，每个层接触另一个层。每个层包括纤维和硬化树脂的基体。复合部件还包括散布在层之间的区域，并且这些区域具有与纤维的弹性模量不同且与基体的弹性模量不同的弹性模量。

另一个实施例是一种包括用于硬化成复合部件的层压件的产品。该层压件包括纤维增强材料层，每个层接触另一个层，每个层包括纤维和围绕纤维的未硬化树脂的基体。层压件还包括散布在层之间的区域。每个区域表现出与纤维的弹性模量不同且与基体的弹性模量不同的弹性模量。

另一个实施例是一种设备。该设备包括复合带式铺设机(CTLM)。CTLM包括铺设包括纤维和未硬化树脂的基体的层压件的纤维增强层的头部、分配在化学上不同于纤维和基体的材料的分配器、以及指导分配器以通过头部将材料散布在所铺设的层上的控制器。

又一个实施例是一种检查复合结构的方法。该方法包括：铺设纤维和树脂的基体的复合结构。该方法还包括：在复合结构内的预定战略位置处散布与纤维和树脂不同的材料。此外，该方法包括：通过超声询问复合结构，以及经由超声检查对复合结构内的材料的预定战略位置进行成像。