奚之飛

（國營蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241000）

蜂窩夾層結(jié)構(gòu)因具有抗壓、減震、隔音、保溫、阻燃、質(zhì)輕和比強(qiáng)度高等優(yōu)良性能而被廣泛地應(yīng)用于航空、航天和飛機(jī)等高科技領(lǐng)域，根據(jù)蜂窩芯材的不同，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)區(qū)分為鋁蜂窩、布蜂窩、紙蜂窩、玻璃鋼蜂窩和陶瓷蜂窩等，如圖1所示。其由面板、蜂窩和膠粘劑3部分組成。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)在制造和服役過程中，易產(chǎn)生脫粘、積水、劃傷、裂紋、氣孔、芯短、面板或蜂窩芯損壞等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和使用安全，因此有效實現(xiàn)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)無損檢測顯得尤為必要。

圖1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)示意圖

1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)建模

本研究采用AutoCAD（三維輔助設(shè)計軟件）進(jìn)行蜂窩夾層結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建，在構(gòu)建蜂窩芯結(jié)構(gòu)時，采用滾壓成型膠接法，首先構(gòu)建出單個蜂窩芯條模型，蜂窩芯條截面高度為5 mm、寬度為1 mm，三維鏡像操作，并對蜂窩芯條進(jìn)行并集即可獲得單個芯條，如圖2所示。構(gòu)建出蜂窩芯條后，對芯條進(jìn)行集成，從而得到完整蜂窩芯結(jié)構(gòu)，如圖3所示。為了便于觀察，將蜂窩塊的顯示顏色設(shè)置為綠色，對蜂窩芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行蒙皮添加，蒙皮長、寬要求能覆蓋蜂窩芯塊，高度設(shè)置為1 mm。

圖2 構(gòu)建芯條單元圖

圖3 蜂窩芯結(jié)構(gòu)示圖

2 缺陷建模

此次建模主要針對常見4種缺陷進(jìn)行，分別為蜂窩節(jié)點(diǎn)脫粘、蒙皮與蜂窩芯脫粘、蜂窩結(jié)構(gòu)開裂及蜂窩結(jié)構(gòu)變形。為研究不同大小和埋深的缺陷對仿真檢測結(jié)果的影響，在對缺陷進(jìn)行制作時，使用不同大小長方體且設(shè)置不同埋深。蜂窩結(jié)構(gòu)開裂是2倍壁厚處由于完全脫粘致使蜂窩結(jié)構(gòu)開裂，構(gòu)建此類缺陷，需將節(jié)點(diǎn)粘結(jié)處壁厚減小一定數(shù)值。對于蜂窩結(jié)構(gòu)變形缺陷可將無缺陷邊去除，再增加彎曲邊界，實現(xiàn)變形缺陷構(gòu)建。

2.1 蜂窩節(jié)點(diǎn)脫粘缺陷的制作

（1）蜂窩節(jié)點(diǎn)脫粘缺陷列表見表1。

（2）建立列表所示大小的長方體模型，如圖4所示。

圖4 長方體模型示圖

（3）將長方體移動到需要制作缺陷的位置，將長方體插入蜂窩節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)一定的深度，使用AutoCAD中的差集命令將其去除，即在相應(yīng)的位置去除一定大小材料，如圖5所示。

圖5 蜂窩節(jié)點(diǎn)脫粘缺陷模型示圖

2.2 蜂窩芯與蒙皮脫粘缺陷的制作

缺陷列表見表2。

表2 蜂窩芯與蒙皮脫粘缺陷列表

其制作步驟和方法與蜂窩節(jié)點(diǎn)脫粘缺陷制作相同，僅在第三步中去除材料的位置有所不同，其缺陷位置如圖6所示。

圖6 蜂窩夾層蒙皮與蜂窩芯脫粘缺陷模型示圖

2.3 蜂窩結(jié)構(gòu)開裂制作

蜂窩結(jié)構(gòu)的開裂主要是蜂窩節(jié)點(diǎn)之間的連接處完全的脫粘，致使部分蜂窩結(jié)構(gòu)不完整，其開裂缺陷列表見表3。蜂窩結(jié)構(gòu)由于受到內(nèi)力或外力的作用其開裂的程度有所不同，此次建模構(gòu)造了幾個不同的蜂窩開裂模型，如圖7所示。

圖7 蜂窩結(jié)構(gòu)開裂缺陷模型

2.4 蜂窩結(jié)構(gòu)變形的制作

蜂窩結(jié)構(gòu)由于受到的力超出其承受的范圍，就將發(fā)生蜂窩結(jié)構(gòu)的變形，其邊界發(fā)生扭曲。圖8為蜂窩結(jié)構(gòu)變形的三維模型。

圖8 蜂窩結(jié)構(gòu)變形缺陷模型

3 X-RaySim軟件仿真

在完成對蜂窩夾層結(jié)構(gòu)建模、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)常見缺陷建模后，將已知模型導(dǎo)入透射場，首先進(jìn)行Scene Controls設(shè)置，將模型調(diào)整到適當(dāng)位置；再進(jìn)行Materials設(shè)置，選擇模型材料為Iron（鐵）；最后對透照場射線的焦距、能量和膠片大小等進(jìn)行設(shè)置，結(jié)果如圖9—12所示。

圖9 蜂窩結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)脫粘

4 結(jié)束語

此次仿真實驗在蜂窩夾層結(jié)構(gòu)模型中構(gòu)建了蜂窩節(jié)點(diǎn)脫粘缺陷、蒙皮與蜂窩脫粘缺陷、蜂窩變形缺陷和蜂窩結(jié)構(gòu)開裂4種缺陷。在X-RaySim仿真軟件中當(dāng)射線垂直透照這4種缺陷時，其均都能夠被檢測出來。

從圖9可知，缺陷越大越容易被檢測到，而埋深對缺陷的檢出效果幾乎無影響。

從圖10可知，大小相同缺陷，其脫粘距離越大，在仿真圖像上顯示越明顯；脫粘距離相同缺陷，缺陷脫粘面積越大，在仿真圖像上顯示越明顯。

圖10 蜂窩芯結(jié)構(gòu)與蒙皮脫粘

從圖11可知，對于蜂窩結(jié)構(gòu)開裂，開裂程度越大，仿真圖像上顯示越明顯。

圖11 蜂窩結(jié)構(gòu)開裂

從圖12中可知，對于蜂窩結(jié)構(gòu)變形，無論變形大小均可清晰發(fā)現(xiàn)。

圖12 蜂窩結(jié)構(gòu)變形