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        蜂窩結(jié)構(gòu)X射線成像仿真研究

        2023-01-06 09:58:34奚之飛
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年36期
        關(guān)鍵詞:變形結(jié)構(gòu)模型

        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

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