磁记忆检测技术在飞机结构件早期损伤监测中的应用前景

　　众所周知,机械应力集中是各种不同用途的管道(包括枪膛、炮膛和炮筒等)、飞机主梁螺孔、飞机起落架、涡轮盘、压缩器叶片以及涡轮叶片等承力结构件产生疲劳破坏的主要原因之一。因此,结构件应力的测量、应力状态的评估和早期损伤区域的确定一直是人们十分关心的问题。空军装备近年来得到了迅速发展,新机和引进的各种武器装备陆续用于部队,其价格一般都十分昂贵。过去,飞机重要探伤点都是在出现了大量故障后被确定的,是建立在长期数据积累甚至痛苦教训基础上的。对新机而言,高危险区域即可能出现疲劳裂纹故障的区域是很难从生产厂提供的资料中获得的。因此,如何应用检测仪器,尽早发现新机重要承力构件的应力集中和早期损伤区域,并进行有针对性的探伤检查和状态监测,对于早期预防结构件断裂故障、防止发生重大事故具有重要意义。磁记忆检测技术在这一领域具有极其广阔的应用前景。

　　虽然磁记忆检测技术引入我国仅仅是近一二年的事情,但由于这一技术能对铁磁金属构件的应力集中、早期失效和早期损伤等进行快速、准确的诊断,并在航空、航天、铁道、电力、锅炉压力容器及石油化工等部门都有极其广阔的应用前景,因此,它已引起广大无损检测工作者的极大兴趣。对于那些按均匀受力假设设计,事先并不知道在使用过程中可能会出现应力集中区域的构件(如管道、压力容器)而言,磁记忆检测技术更具有特殊意义。

　　1　现有早期损伤检测方法

　　就动态检测方法而言,裂纹萌生和早期故障最有效的诊断和检测方法应是声发射(AE)技术。作者在某型飞机全尺寸疲劳试验过程中,就曾成功地用AE技术预测了主梁螺孔疲劳裂纹的萌生^[1] 。由于AE技术只能进行动态检测,而机载AE监测系统因仍有许多问题需要解决,目前尚不能实际应用,因此,AE技术的应用受到限制。早期损伤一般多发生在构件应力集中区域,因此,预防或发现早期损伤的比较有效的办法是尽早发现应力集中或残余应力区域。

　　最早使用的测量构件残余应力的方法是在构件上钻孔(小孔松弛法)或进行压痕试验。由于开孔后应力重新分布并达到平衡,孔周围的应变量会发生变化,通过测量孔周围的应变量可以反推出原先的应力状态。由于这是一种破坏性检测办法,本文不予讨论。值得注意的是,目前已开发出一种基本不破坏被测构件的纳米压痕技术来测量应力集中和早期损伤区域,它通过测量在固定外力作用下的压痕深度,推导出材料的应力强度因子或材料的韧性,并由此推断材料的力学性能^[2] 。由于压针极细(纳米级),这种方法已被广泛认为是一种无损检测方法,一旦推广后,将具有极其广阔的应用前景。