[发明专利]含磁致伸缩材料的粘接接头中应变的测量

说明书

本申请是分案申请，原申请的申请日为2009年6月2日、申请号为200980124324.3(PCT/US2009/045948)、发明名称为“含磁致伸缩材料的粘接接头中应变的测量”。

背景技术

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 bonded joint)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(pannel)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。

发明内容

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(micromagnetic sensor)。

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。

图5a-5c图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。

具体实施方式