含磁致伸缩材料的粘接接头中应变的测量制造技术

检测胶粘接接头中的应变包括诱导所述接头的应变波，以及检测所述接头的局部磁特性变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含磁致伸缩材料的粘接接头中应变的测量
技术介绍
轻质复合材料在航空器工业中有极大的前途。纤维复合材料在比强度和比劲度上 比传统金属合金有显著的改进。更好的比强度和比劲度转化为重量减少，这转化为节约燃 料以及降低运行成本。此外，复合材料像铝一样不腐蚀，而且更加抗疲劳。复合元件，如蒙皮(skin)、加强肋(Stiffener)、机架(frame)和翼梁(spar)，连接 在一起形成主要部件，如机翼、机身和尾翼。复合元件可以用聚合物胶粘剂粘接在一起。理 论上，仅粘合剂(adhesive bonds)本身就有足够的强度和完整性(integrity)来支持这些 部件的载荷。因此，粘合剂应当能够大大减少主要部件中金属紧固件(fastener)的数目。然而，实际上，某些联邦航空规定要求证明，任意两个主要结构部件之间的粘接接 头(bonded joint)将支撑具有最大脱粘(maximum disbond)(即整个胶层(bond line)缺 失的情况)的规定载荷。这种对胶粘接接头(adhesively bondedjoint)缺乏信心的一个 解决方案是增加金属紧固件。如果胶粘接接头失效，金属紧固件会继续将接头保持在一起。金属紧固件的使用增加了航空部件的重量。具有复合材料结构的金属紧固件的使 用也会增加制造的时间、成本和复杂性。使用高精密机器和复杂程序来钻通复合材料结构。 而且，穿透紧固件为雷击和腐蚀提供了不必要的通道。复合材料层——其添加在钻孔周围以满足旁路承载载荷(by-pass bearing load)的要求——也增加重量。紧固件孔的存在也迫使对降低板(parmel)和粘接接头强度 (与没有紧固件的优化设计的板和接头相比)的复合材料层铺层方向进行选择。据认为，如果被合理地设计、制备以及控制，仅粘合剂本身就有足够的强度和完整 性来使主要结构粘接在一起。然而，无法获得证明一致性(consistency)和可靠性的数据。可以通过测量粘合剂中的应变来收集有关粘合剂的数据。弱粘接和其它的结构不 一致会影响胶粘剂中应变的分布。可期望增加检测胶粘接接头中应变的灵敏度。
技术实现思路
根据本文的实施方式，检测胶粘接接头中应变的方法包括诱导接头中的应变波， 以及检测接头中局部磁特性变化。根据本文另一个实施方式，系统包括具有包含由磁致伸缩材料制成的微粒的胶粘 接接头的结构；用于诱导接头选定区域中应变波的装置；以及用于检测选定区域中局部磁 特性变化的装置。根据本文另一个实施方式，阵列包括用于检测和诱导具有胶粘接接头的结构的选 定区域中应变波的多个元件。所述元件包括至少一个用于诱导选定区域中应变波的微机械 驱动器(micromechanical driver)；多个用于测量由诱导的应变波产生的振动的机械传感 器；多个用于在选定区域上方产生弱磁场的微磁性驱动器；以及多个用于检测选定区域对 应变波的磁响应的微磁性传感器(micromagneticsensor)。根据本文又一个实施方式，对航空器结构进行非破坏性检验的方法包括应用正弦磁激发(sinusoidal magnetic excitation)和在该结构的胶粘接接头中诱导应变波；检测 接头中局部磁特性的变化；以及利用检测到的变化评价胶粘接接头。附图说明图1图解了具有胶粘接接头的结构。图2图解了检测具有胶粘接接头的结构中应变的方法。图3图解了通过具有胶粘接接头的结构传播的应变波。图4图解了诱导胶粘接接头中应变波的各种方式。解了具有胶粘接接头的结构的结构状况的评估方法。图6图解了用于检测具有胶粘接接头的结构中应变的系统。图7a和7b图解了用于诱导和检测含有应变敏感性(strain-sensitive)磁致伸 缩材料的胶粘接接头中应变波的阵列。图8-9图解了用于诱导和检测含有应变敏感性磁致伸缩材料的胶粘接接头中应 变波的阵列。图10图解了用于诱导和检测含有应变敏感性磁致伸缩材料的粘接接头中应变波 的阵列。图11图解了用图10的阵列改变检验的深度。图12-14图解了对航空器结构进行非破坏性检验的方法。具体实施例方式参考图1。第一和第二结构110和120通过胶粘剂130粘接在一起，形成粘接接 头。胶粘剂130可以是热固性聚合物或热塑性聚合物。胶粘剂130可以包含附加的材料，如 纤维毡(fiber mats)(稀纱布)或其它填充物。胶粘剂130可以形成胶层、胶瘤(fillet)、 密封剂、翼段上的蒙皮等。胶粘剂130可以用于粘接主要和非主要的结构。胶粘剂130包含应变敏感性磁致伸缩材料。磁致伸缩是铁磁性材料的特性，其在 遭受磁场时引起铁磁性材料改变其形状。相反，使磁致伸缩材料遭受任意水平的物理应变 (低至几个微应变或更多)产生磁畴结构(magnetic domain structure)的变化，这改变在 应用小磁场时所述材料磁化的特有方式。这些变化是可测量的。胶粘剂130中应变的水平提供胶粘剂130与结构110和120之间粘合强度的指示。 胶粘剂130中的应变由于聚合过程中发生的化学和物理变化，以及由于胶粘剂130与结构 110和120之间热膨胀系数差异而发生。胶粘剂130中的应变可以通过有限元分析来预测。 如果粘接接头是规则的话，粘接接头的应变图应当匹配有限元分析。更高或更低水平的胶 粘剂应变(与有限元分析相比)将出现在结构-胶粘剂界面区域中，所述结构-胶粘剂界面 是直接接触的，但却不能在不改变尺寸的情况下(即通过更低模量的材料)转移载荷。这 会导致局部区域与a)其它区域的应变，b)计算或预期的应变，c)不同时间的相同区域，以 及d)损害后的相同区域中任意一个之间磁特性局部可测量的变化。更高或更低的应变水 平表明，结构不一致如脱胶、分层(delamination)、以及局部空化(localized cavitation) (大小范围从10微米到整个接头)的存在或倾向。通过测量磁特性的局部差异，能够对表征结构不一致的应变进行定位。例如，“轻触脱胶(Kissing disbond)，，出现在胶粘剂130与结构表面接触但载荷没有在接头的荷载 下经过界面转移的情况下。轻触脱胶可能由于污染物如硅氧烷剥离剂的低模量区的存在而 出现。磁致伸缩材料并不限于任何具体的成分。在一些实施方式中，磁致伸缩材料可以 包括磁性金属氧化物，如磁铁矿、无定形金属以及铁磁性金属和合金如镍-铁(NiFe)。在 一些实施方式中，磁致伸缩材料也可以包括铁磁性金属或合金的铁素体(ferrite)或氧化 物。在一些实施方式中，磁致伸缩材料可以包括Terfenol-D。Terfenol-D是铽、镝和 铁金属的合金。它是固体状态的换能器，能够将非常高的能级从一种形式转换成另一种形 式。在从电至机械转换的情况下，Terfenol-D的磁致伸缩产生的应变比传统磁致伸缩材料 如铁-钴合金大十到二十倍，并且比传统压电陶瓷大二到五倍。Terfenol-D具有高居里温 度(380°C)，能够使磁致伸缩性能从室温至200°C大于lOOOppm。航空器的常用工作温度可 能在-65° F到300° F的范围内，以及一些树脂体系在此范围之外被使用。由于接近发动 机或内部航空器系统在有限区域中发出的热量，航空器的一些部件甚至在高处飞行的时候 可能依然是热的本文档来自技高网...

【技术保护点】
检测胶粘接接头中应变的方法，所述方法包括：　　诱导所述接头的应变波；和　　检测所述接头中局部磁特性变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US12/169,7682008年7月9日1.检测胶粘接接头中应变的方法，所述方法包括诱导所述接头的应变波；和检测所述接头中局部磁特性变化。2.权利要求1所述的方法，其中所述接头包括胶粘剂和所述胶粘剂中的应变敏感性磁 致伸缩材料。3.权利要求1所述的方法，还包括当应变波被诱导的时候施用正弦外部磁场到所述粘 接接头上。4.权利要求1所述的方法，其中磁诱导的变化率(dB/dt)被检测。5.权利要求1所述的方法，还包括改变所述应变波的频率，以监测不同深度的所述结构。6.权利要求1所述的方法，其中所述应变波在所述粘接接头的局部区域被诱导；和其 中所述局部区域的磁响应被测量。7.权利要求6所述的方法，其中局部区域的机械振动被测量，并与所述局部区域的相 应磁测量相关联。8.权利要求6所述的方法，其中所述局部区域的所述磁测量被与基线数据进行比较。9.权利要求6所述的方法，其中所述应变被施用到每个局部区域，然后从每个局部区 域中除去，并且每个区域的所述磁响应的衰变率被测量。10.权利要求6所述的方法，其中单阵列被...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·米勒，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：US