《夾芯結(jié)構(gòu) 缺陷檢測 敲擊檢測方法編制說明》

CSTM團體標準《夾芯結(jié)構(gòu)缺陷檢測敲擊檢測方法》

編制說明

（立項階段□征詢意見階段√審定階段□報批階段□）

1、目的意義

制訂本標準的目的：指導(dǎo)敲擊檢測方法的實施，規(guī)范檢測過程和檢測的質(zhì)量

控制，保證敲擊檢測結(jié)果的準確性和可靠性，推動敲擊檢測方法在國內(nèi)的規(guī)?；?/p>

應(yīng)用，保障夾芯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)使用安全，降低夾芯結(jié)構(gòu)的檢測維護成本。

制訂本標準的意義和必要性：復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)具有重量輕、隔熱、透波性

能好、比強度/比剛度高等優(yōu)點，在航空、航天、船舶及民用工業(yè)領(lǐng)域獲得了大

量的應(yīng)用。但夾芯結(jié)構(gòu)具有蒙皮薄、芯子孔隙（孔洞）含量高等特點，給超聲波

等常規(guī)無損檢測手段的使用帶來了較大的限制?；诰植空駝釉淼那脫魴z測方

法是對夾芯類薄蒙皮結(jié)構(gòu)非常有效、低成本和使用簡便的一種檢測方法，在國外

的航空、航天領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。但由于國內(nèi)目前尚未形成敲擊檢測的方法標準，

難以保證敲擊檢測的質(zhì)量和結(jié)果可靠性，限制了該方法的推廣應(yīng)用。因此，為了

解決夾芯結(jié)構(gòu)應(yīng)用敲擊檢測方法所面臨的標準缺乏的緊迫問題，迫切需要制定夾

芯結(jié)構(gòu)敲擊檢測的方法標準。

2、預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟效益

本標準制訂后，能夠更好指導(dǎo)復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)實施敲擊檢測的工藝和流

程，進一步規(guī)范檢測過程、保證檢測結(jié)果的準確性和可靠性，可推動敲擊檢測方

法在國內(nèi)的規(guī)?；瘧?yīng)用，保障夾芯結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)使用安全，降低夾芯結(jié)構(gòu)的檢測維

護成本，具有重要的社會效益和經(jīng)濟效益。

3、工作簡況

（1）任務(wù)來源

本標準制訂任務(wù)來源于中國材料與試驗標準化委員會科學(xué)試驗標準化領(lǐng)域

委員會《關(guān)于征集CSTM/FC98科學(xué)試驗標準化領(lǐng)域團體標準的通知》。

（2）主要工作過程

2023年4月，標準編制團隊經(jīng)過多方調(diào)研、論證和意見征集，起草了標準初

稿，并與2023年6月完成標準草案編制和提交。

2023年9月，經(jīng)中國材料與試驗標準化委員會（以下簡稱：CSTM標準化委

員會）科學(xué)試驗標準化領(lǐng)域委員會審查，CSTM標準化委員會批準CSTM標準《夾

芯結(jié)構(gòu)缺陷檢測敲擊檢測方法》立項，標準項目歸口管理委員會為

CSTM/FC98/TC07科學(xué)試驗標準化領(lǐng)域委員會工業(yè)現(xiàn)場試驗表征標準化技術(shù)委

員會，該標準（中文版）立項編號為CSTMLX980701309—2023，標準（英文版）

立項編號為CSTMLX980701309—2023E。

2023年10月，編制團隊形成標準征求意見稿。

（3）標準起草單位及主要成員

本標準起草牽頭單位為中國飛機強度研究所，參加單位為中國航空綜合技術(shù)

研究所和國營蕪湖機械廠。標準起草工作組主要成員如下：

表1工作組主要成員

序號姓名職稱工作單位

1詹紹正高級工程師中國飛機強度研究所

2樊俊鈴研究員中國飛機強度研究所

3寧寧研究員中國飛機強度研究所

4王丹高級工程師中國飛機強度研究所

5張偉高級工程師中國飛機強度研究所

6楊鵬飛高級工程師中國飛機強度研究所

7曲亞林工程師中國飛機強度研究所

8聶琦高級工程師中航西安飛機工業(yè)集團股份有限公司

9石亮高級工程師中國航空綜合技術(shù)研究所

10汪洪量高級工程師國營蕪湖機械廠

4、標準編制的原則

（1）制修訂標準的依據(jù)或理由

本標準參照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)

構(gòu)和起草規(guī)則》和GB/T20001.4—2015《標準編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標準》

的規(guī)定起草。

（2）制修訂標準的原則

本標準的編寫在參考國外相關(guān)敲擊檢測技術(shù)文件和行業(yè)標準的同時，結(jié)合國

內(nèi)航空領(lǐng)域多年的研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗編制。從檢測方法原理、一般要求、檢測

程序、檢測記錄和檢測報告等方面進行了詳細的約定，在保證標準內(nèi)容完整性的

基礎(chǔ)上力求使本標準具有科學(xué)性、先進性和廣泛的適用性。

a)完整性：本標準是編制組成員單位在總結(jié)多年來的敲擊檢測應(yīng)用經(jīng)驗和

成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合了波音和空客飛機無損檢測手冊中敲擊檢測程序的

相關(guān)內(nèi)容，內(nèi)容要素涵蓋了無損檢測涉及的要求、程序、記錄和報告等

內(nèi)容，確保標準內(nèi)容要素的完整、不缺項，從而保證標準具有更好的實

施性和可操作性。

b)實用性：本標準明確了檢測人員、檢測環(huán)境、檢測設(shè)備器材、檢測前準

備、檢測基準的建立、檢測面的選擇、敲擊掃查、檢測基準的校驗、檢

測結(jié)果的評判、檢測結(jié)果的定量、檢測后現(xiàn)場后處理等無損檢測過程中

涉及的所有步驟和要求，保證了標準的實用性。

5、確定標準主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

（1）范圍

敲擊檢測是針對薄壁夾芯結(jié)構(gòu)檢測非常有效的一種的檢測方法，具有操作簡

便、效率高、現(xiàn)場實施方便等優(yōu)點，為此，波音公司、空客公司、歐洲直升機公

司都把敲擊檢測作為蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)主要的檢測手段寫入到旗下飛機型號的無損

檢測手冊中。國內(nèi)在飛機地面強度試驗和飛機結(jié)構(gòu)服役的外場無損檢測中，針對

蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)和泡沫夾芯結(jié)構(gòu)也都廣泛的應(yīng)用了敲擊檢測技術(shù)，但目前國內(nèi)尚無

形成敲擊檢測的方法標準。為了規(guī)范敲擊檢測的實施過程，保證敲擊檢測結(jié)果的

準確性和可靠性，需要從檢測要求、檢測工藝過程、檢測結(jié)果評判、檢測記錄和

報告等方面進行約定和規(guī)范，為此本標準從敲擊檢測方法原理、技術(shù)要求、檢測

程序、檢測記錄、檢測報告等方面進行了明確。

同時，由于敲擊檢測是基于局部振動相應(yīng)的原理進行檢測的，其僅針對淺層

的缺陷比較有效，對深層次的缺陷敏感性較差。此外，由于敲擊檢測對小缺陷不

敏感，結(jié)合實際檢測能力（見圖1、圖2和圖3）和參考波音、空客飛機的外場

敲擊檢測要求，給出了敲擊檢測適用的蒙皮厚度、缺陷類型和缺陷尺寸。為此，

結(jié)合以上原因，本標準限定適用范圍如下：

“本標準適用于蒙皮厚度不大于2mm的蜂窩夾芯和泡沫夾芯結(jié)構(gòu)中尺寸

大于等于25mm的檢測面蒙皮與芯子脫粘以及復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)中檢測面蒙皮

分層損傷的檢測。復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)損傷修理質(zhì)量的檢測可參照執(zhí)行”。

圖1不同蒙皮厚度下直徑25mm脫粘缺陷與完好區(qū)敲擊檢測結(jié)果對比

圖21mm蒙皮厚度下不同脫粘缺陷尺寸的敲擊檢測結(jié)果比對

圖3同一試塊中相同尺寸、不同缺陷類型的敲擊檢測結(jié)果比對

（2）檢測方法原理

敲擊檢測根據(jù)所采用的損傷判別方法的不同，分為聲音檢測法和局部剛度檢

測法兩種方式，本節(jié)給出了每種方法的原理描述，以幫助操作者正確選擇合適的

敲擊檢測方法。

（3）一般要求

a）人員要求

由于無損檢測屬于特殊工種，為保證檢測結(jié)果準確性，要求按本標準執(zhí)行的

人員應(yīng)經(jīng)過培訓(xùn)并持證上崗。此外，對于采用聲音檢測法執(zhí)行檢測的人員，其聽

力能力對檢測結(jié)果有直接的影響，因此為了保證檢測結(jié)果的準確性和可靠性，要

求對依靠人耳聽音進行檢測的敲擊人員還應(yīng)具有正常的聽力，并建議每年進行一

次聽力檢查。

b）檢測場所

考慮檢測時人員及設(shè)備對檢測場所的要求，明確了檢測場所的具體要求，不

得存在強磁、震動、高頻、灰塵大、有腐蝕性氣體及強噪音等因素。同時，考慮

現(xiàn)場檢測接近需求，規(guī)定現(xiàn)場原位檢測時，檢測現(xiàn)場應(yīng)有穩(wěn)定牢靠的工作臺架或

工作梯。

此外，考慮采用聲音判別法進行檢測時現(xiàn)場的噪音對檢測結(jié)果有直接的影

響，因此，對采用人耳聲音判別法進行檢測時現(xiàn)場的噪聲情況進行了約定，結(jié)合

實際情況和檢測需求，本標準推薦一般情況下建議檢測現(xiàn)場噪聲不高于60dB。

同時，考慮現(xiàn)場檢測時，人員及設(shè)備對溫度、濕度的耐受性，約定了檢測場

所的溫濕度要求。

c）設(shè)備及器材

分別對手工敲擊檢測設(shè)備和電動敲擊檢測設(shè)備進行了約定，并給出了推薦的

手工敲擊檢測工具。對于手工敲擊檢測工具，為避免敲擊工具質(zhì)量或敲擊力過大

對結(jié)構(gòu)造成的損傷，明確了敲擊工具應(yīng)具有輕質(zhì)、光滑敲擊接觸面的要求。而對

于電動敲擊儀器，明確了設(shè)備宜具備的功能，同時為了避免設(shè)備狀態(tài)不正常所帶

來的檢測結(jié)果誤差或錯誤，規(guī)定了設(shè)備的計量檢定或校準要求。

對比試塊上明確了試塊的原材料、結(jié)構(gòu)形式、制作工藝、表面狀態(tài)、蒙皮厚

度、試塊中人工缺陷尺寸等信息的具體要求。明確了對比試塊中人工損傷預(yù)制的

參考標準，并給出了推薦的對比試塊人工缺陷預(yù)制方法和對比試塊設(shè)計示例。

（4）檢測程序

為了規(guī)范檢測過程，保證檢測結(jié)果的準確性和可靠性，從檢測實施流程的各

個環(huán)節(jié)對檢測過程進行了約定，包括檢測前的準備工作、檢測基準的建立、檢測

面對選擇、敲擊掃查、檢測基準的校驗、檢測結(jié)果評判、檢測結(jié)果的定量到檢測

后的現(xiàn)場處理要求等。

a）檢測前準備

為了接近檢測對象，給出了建立檢測通道和暴露檢測區(qū)域的具體要求。為避

免結(jié)構(gòu)內(nèi)部特征變化帶來的檢測誤判或錯判，給出了檢測前檢測人員應(yīng)熟悉和了

解被測結(jié)構(gòu)內(nèi)部特征細節(jié)的具體要求及措施。

同時，為了避免結(jié)果表面狀態(tài)變化對敲擊檢測結(jié)果帶來的影響，明確了敲擊

檢測前的目視檢測要求和記錄要求。

此外，針對大面積檢測區(qū)域，為避免檢測漏檢，推薦給出了在檢測區(qū)域表面

劃分網(wǎng)格線的具體措施，并規(guī)定了網(wǎng)格線間的間距大小。

b）檢測基準的建立

針對不同的蒙皮厚度，給出了確定檢測基準的方法。因為當蒙皮厚度較?。ń?/p>

屬蒙皮厚度小于等于1mm、復(fù)合材料蒙皮厚度小于等于3個鋪層）時，完好區(qū)

與缺陷區(qū)的敲擊響應(yīng)信號差異非常明顯，無論采用手工敲擊還是電子敲擊儀敲

擊，缺陷很容易識別，因此，可以不使用對比試塊而使用被測結(jié)構(gòu)本體來建立檢

測基準。而當厚度較大（金屬蒙皮厚度大于1mm、復(fù)合材料蒙皮厚度大于3個

鋪層）時，完好區(qū)與缺陷區(qū)的敲擊響應(yīng)信號差異較弱，缺陷識別度下降，故規(guī)定

此時必須采用對比試塊來建立檢測基準。

對于復(fù)合材料蒙皮的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，由于復(fù)合材料蒙皮的剛度相對金屬蒙皮

較弱，當采用對比試塊來建立檢測基準時，由于不同缺陷預(yù)制方式帶來的敲擊響

應(yīng)存在差異，當采用背面加工平底孔和將芯子局部挖除方式預(yù)制的人工缺陷區(qū)進

行檢測基準調(diào)節(jié)時，由于此種方式相當于蒙皮下部局部空鼓，缺陷區(qū)的剛度會急

劇下降，缺陷區(qū)的敲擊響應(yīng)非常強烈。然而，實際的脫粘缺陷僅為蒙皮與蜂窩芯

間的分離，兩者間空隙較小或緊貼，此時敲擊響應(yīng)遠沒有空鼓區(qū)敲擊響應(yīng)強烈，

此時若采用同等厚度蒙皮下蜂窩芯局部挖除方式模擬的缺陷建立檢測靈敏度度

時，容易造成真實缺陷的漏檢。因此，通過試驗發(fā)現(xiàn)此時可以采用蒙皮厚度補償

的方式來消除差異，即采用比檢測區(qū)蒙皮厚度多2個鋪層的對比試塊區(qū)域建立檢

測基準。而對于去除膠層或敲入防粘膜方式模擬人工缺陷時，由于缺陷性質(zhì)與實

際脫粘狀態(tài)差異較小，缺陷響應(yīng)差別不大，因此，此種情況推薦采用同等厚度蒙

皮的對比試塊確定檢測區(qū)域。

而對于金屬蒙皮的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，由于厚度大于1mm的金屬蒙皮剛度相對

較大，對比試塊中不同脫粘缺陷預(yù)制方式對檢測結(jié)果的影響差異性較小，為此對

于金屬蒙皮蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一規(guī)定采用與被測結(jié)構(gòu)蒙皮同等厚度蒙皮的對比試

塊進行檢測基準的建立。

在確定如何選擇基準區(qū)域的基礎(chǔ)上，為了保證標準的可實施性和檢測基準建

立的準確性，故對基準建立的操作步驟進行了詳細的約定。

c）檢測面的選擇

本節(jié)規(guī)定了敲擊檢測面的選擇。由于敲擊檢測只能檢出靠近敲擊側(cè)的蒙皮分

層和蒙皮與芯子脫粘。因此，對于夾芯結(jié)構(gòu)，規(guī)定了應(yīng)從正反兩個方面分別進行

檢測。當某一檢測面不可接近時，規(guī)定了記錄和報告要求。

d）敲擊掃查

本節(jié)規(guī)定了敲擊掃查的方式、敲擊間距、敲擊力度控制、敲擊頻率及敲擊速

度等工藝參數(shù)。

針對手工敲擊和電動敲擊掃查，分別給出了推薦的掃查方式。對于手工敲擊

檢測，當對大面積區(qū)域檢測時推薦采用矩形掃查方式，當發(fā)現(xiàn)損傷時，為了準確

確定損傷邊界，推薦采用圓形掃查方式。而采用電動敲擊掃查時，推薦采用“之”

字形掃查方式。

為了避免損傷的漏檢，應(yīng)保證缺陷或損傷能夠至少有2次能夠被敲擊識別到

因此，約定敲擊掃查的間距不應(yīng)大于需檢出最小缺陷或損傷直徑的1/3，對于

25mm的缺陷檢測，故推薦敲擊檢測間距不大于8mm。

在執(zhí)行敲擊檢測時，為避免敲擊力度過大對結(jié)構(gòu)造成傷害，為此考慮了對敲

擊力進行控制。對于電動敲擊，一般儀器都考慮了安全性的要求，敲擊力度通常

是定值，只需按設(shè)備操作執(zhí)行即可。而對于手工敲擊，在敲擊錘質(zhì)量一定的前提

下，敲擊工具提起高度直接決定了敲擊的力度，依據(jù)敲擊檢測對聲音響度和安全

性需求并結(jié)合實際檢測經(jīng)驗，約定敲擊工具接觸面距離被檢測面的高度一般不超

過25mm，既可保證足夠的有敲擊力度產(chǎn)生敲擊聲音響度并保證安全。

對于電動敲擊，敲擊頻率一般由儀器自身決定，檢測時只要根據(jù)使用說明操

作并保證敲擊檢測頻率與敲擊檢測速度相匹配即可，通常情況下，敲擊檢測前進

的速度越快所使用的敲擊頻率也越高。而對于手工敲擊檢測，敲擊頻率取決于人

耳的識別和判別速度，結(jié)合實際檢測經(jīng)驗，推薦使用3Hz到5Hz的敲擊頻率。

由于電動敲擊采用計算機來處理檢測信號并進行缺陷的判別，所以敲擊頻率

和檢測速度都較高，推薦不大于100mm/s；而對于手工敲擊，因主要依靠人耳進

行聲音判別，考慮實際檢測效率和人的反應(yīng)時間，推薦檢測速度不大于50mm/s。

e）檢測基準的校驗

為避免長時間工作設(shè)備性能漂移或人耳聽覺疲勞所帶來的檢測結(jié)果錯誤，為

此，規(guī)定了要定期對檢測基準進行校驗以及檢測基準校驗異常情況的處理措施。

結(jié)合實際檢測效率，約定每工作1小時或檢測結(jié)束后，需要對檢測結(jié)果進行校驗。

當校驗異常時，為了從嚴控制質(zhì)量，規(guī)定從上一次檢測基準校驗合格之后的檢測

區(qū)域應(yīng)重新進行檢測。

e）檢測結(jié)果的評判

約定了對檢測結(jié)果評判方法，對于聲音判別法主要是依據(jù)敲擊聲音音調(diào)（頻

率）的變化進行缺陷判定，而對于局部剛度法檢測，主要通過檢測敲擊儀顯示的

敲擊力持續(xù)時間來進行判定。當發(fā)現(xiàn)異常不能準確判定時，為了避免缺陷的漏檢

或誤判，推薦采用其它方法進行確認。

f）檢測結(jié)果的定量

當檢測發(fā)現(xiàn)缺陷后需要對缺陷的大小或面積進行評定，為此給出了缺陷邊界

的確定方法，并約定了缺陷的長度和寬度的尺寸定義規(guī)則，從而可以確保不同檢

測人員對同一缺陷測量結(jié)果的一致性。

g）檢測后現(xiàn)場處理

具體規(guī)定了檢測完畢的現(xiàn)場處理要求。

（5）檢測記錄

詳細規(guī)定了檢測過程中應(yīng)記錄的內(nèi)容要素，以保證檢測結(jié)果的可靠性和檢測

過程的可溯源性。

（6）檢測報告

詳細規(guī)定了檢測報告的內(nèi)容要求。

6、主要試驗或驗證結(jié)果

在標準編制過程中，標準編制人員開展了實際的檢測驗證，具體如下：

6.1脫粘缺陷尺寸變化對檢測結(jié)果的影響試驗

為了研究脫粘缺陷尺寸對敲擊檢測結(jié)果的影響規(guī)律，分別選用了兩個塊含有

不同脫粘缺陷尺寸的試塊進行敲擊檢測研究。試塊（一）為玻璃纖維蒙皮加NOMEX

蜂窩芯的C夾層復(fù)合材料蜂窩試塊，試塊長400mm，寬400mm，總厚度13mm，上中

下蒙皮厚度均為1mm，上下層蜂窩芯子厚度5mm，試塊中通過放置聚四氟乙烯膜方

式分別預(yù)制了四排三列共計12個脫粘缺陷，其中第一排脫粘缺陷位于上蒙皮與上

蜂窩芯粘接界面處，第二排脫粘缺陷位于上蜂窩芯與中蒙皮粘接界面處，第三排

脫粘缺陷位于中蒙皮與下蜂窩芯粘接界面處，第四排脫粘缺陷位于下蜂窩芯與下

蒙皮粘接界面處。每一排中三個脫粘缺陷的直徑分別為20mm、40mm、60mm。詳見

圖4所示。試塊（二）為鋁蒙皮+鋁蜂窩芯的H夾層金屬蜂窩結(jié)構(gòu)試塊，試塊長500mm、

寬200mm、總厚度32mm，其中上下蒙皮厚度為1mm，蜂窩芯子厚度30mm，通過鉆平

底孔的方式在正反面分別預(yù)制了直徑為50mm和直徑20mm的脫粘缺陷，詳見圖5所

示。

0

600

φ42

φφ

圖4試塊（一）結(jié)構(gòu)圖和照片

試塊正面

0

5

0

2

試塊反面

0

5

0

2

圖5試塊（二）照片

表2所示為采用WOODPECKER632M電子敲擊檢測儀以5mm的敲擊步進量對試塊

（一）中第一排（位于上蒙皮與上蜂窩芯的粘接界面處）的三個脫粘缺陷進行敲

擊檢測獲得的結(jié)果，圖6、圖7、圖8分別為直徑20mm、直徑40mm、直徑60mm脫粘

缺陷中心剖面的敲擊響應(yīng)時間曲線。圖9所示為不同直徑脫粘缺陷的敲擊響應(yīng)時

間比對曲線，各曲線中3號采樣點和7號采樣點分別對應(yīng)的為缺陷中心剖面的缺陷

外輪廓邊界處。圖10為不同直徑脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)敲擊響應(yīng)時間相對差曲線。

表2試塊（一）中第一排不同尺寸脫粘缺陷敲擊檢測結(jié)果

采樣點位置敲擊響應(yīng)時間（ms）

（mm）φ20mm缺陷區(qū)φ40mm缺陷區(qū)φ60mm缺陷區(qū)

00.420.430.41

50.420.430.41

100.460.450.44

150.460.460.5

200.470.460.86

250.450.51.01

300.440.521.1

350.420.481.15

400.420.451.15

45/0.461.15

50/0.441.1

55/0.431.06

60/0.430.95

65//0.72

70//0.45

75//0.41

80//0.41

圖6直徑20mm脫粘缺陷的敲擊時間響應(yīng)曲線

圖7直徑40mm脫粘缺陷的敲擊時間響應(yīng)曲線

圖8直徑60mm脫粘缺陷的敲擊檢測結(jié)果曲線

圖9不同尺寸脫粘缺陷的敲擊檢測結(jié)果比對曲線

圖10不同直徑脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)敲擊響應(yīng)時間相對差曲線

從表2、圖6到圖10的結(jié)果中可以看出，對于1mm厚玻璃纖維蒙皮+NOMEX蜂窩

芯的復(fù)合材料蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)試塊，直徑20mm的脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊時間響

應(yīng)差可達到12%，直徑40mm脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊時間響應(yīng)差可達到21%，直

徑60mm脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊時間響應(yīng)差可達到181%。因此，可以得出，在

相同蒙皮厚度下，缺陷尺寸越大，缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊響應(yīng)差異越大，缺陷越

容易檢出。

表3所示為采用WOODPECKER632M電子敲擊檢測儀以5mm的敲擊步進量對試塊

（二）上表面的直徑20mm和直徑50mm模擬脫粘缺陷進行敲擊檢測的結(jié)果，圖11、

圖12分別為直徑20mm和直徑50mm脫粘缺陷中心剖面的敲擊響應(yīng)時間曲線。圖13

所示為不同直徑脫粘缺陷的敲擊響應(yīng)時間比對曲線，各曲線中3號采樣點和7號采

樣點分別對應(yīng)的為缺陷中心剖面的缺陷外輪廓邊界處。

表3試塊（二）中不同尺寸脫粘缺陷敲擊檢測結(jié)果

采樣點位置敲擊響應(yīng)時間（ms）

（mm）φ20mm缺陷區(qū)φ50mm缺陷區(qū)

00.280.29

50.280.29

100.330.31

150.420.51

200.470.6

250.410.69

300.320.69

350.280.69

400.280.69

45/0.66

50/0.57

65/0.46

60/0.31

65/0.28

圖11試塊（二）中φ20mm脫粘缺陷的敲擊檢測結(jié)果曲線

圖12試塊（二）中φ20mm脫粘缺陷的敲擊檢測結(jié)果曲線

圖13試塊（二）中不同尺寸脫粘缺陷的敲擊檢測結(jié)果比對

從表3、圖11、圖12和圖13的結(jié)果中可以看出，對于1mm厚鋁蒙皮+鋁蜂窩芯

的金屬蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，直徑20mm的脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊響應(yīng)時間差為67%，

直徑50mm的脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊響應(yīng)時間差為138%。

因此，通過對玻璃纖維蒙皮+NOMEX蜂窩芯的復(fù)合材料蜂窩試塊和鋁蒙皮+鋁

蜂窩芯的金屬蜂窩試塊的敲擊檢測實驗結(jié)果可知，當蒙皮厚度小于等于1mm時，

從試塊上表面進行敲擊檢測可以有效檢出直徑為20mm及以上的上蒙皮與蜂窩芯

脫粘缺陷，而且隨著脫粘缺陷直徑的增大，脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊時間響應(yīng)

差也隨之增大，即脫粘缺陷直徑越大，敲擊檢測越容易將其檢出。而且在相同蒙

皮厚度和相同的脫粘缺陷尺寸下，鋁蜂窩試塊的缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊響應(yīng)差異

比復(fù)合材料蜂窩試塊的差異更大。

6.2蒙皮厚度變化對檢測結(jié)果的影響試驗

為了研究蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)蒙皮厚度對敲擊檢測結(jié)果的影響規(guī)律，選用了兩個具

有相同脫粘缺陷尺寸，但具有不同蒙皮厚度的蜂窩夾芯試塊開展敲擊檢測研究，

詳見圖14、圖15所示的試塊（三）和試塊（四）。

其中試塊（三）為碳纖維蒙皮+NOMEX蜂窩芯的四階梯試塊，試塊上蒙皮四個

階梯厚度分別為1mm、1.5mm、2mm和2.5mm，下蒙皮四個階梯厚度分別為0.5mm、

1mm、1.5mm和2mm，蜂窩芯厚度為25mm，在上蒙皮四個臺階的中心位置通過預(yù)埋

聚四氟乙烯膜的方式各預(yù)制了一個直徑25.4mm的上蒙皮與蜂窩芯脫粘缺陷。試塊

（四）為碳纖維蒙皮+NOMEX蜂窩芯的三階梯試塊，試塊上蒙皮三個階梯厚度分別

為1mm、2.5mm和3.5mm，下蒙皮為1mm的等厚度蒙皮，蜂窩芯厚度為25mm，在上蒙

皮三個臺階的中心位置通過預(yù)埋聚四氟乙烯膜的方式各預(yù)制了一個直徑25.4mm

的上蒙皮與蜂窩芯脫粘缺陷。

圖14試塊（三）結(jié)構(gòu)圖

圖15試塊（四）結(jié)構(gòu)圖

圖16所示為對比試塊不同蒙皮厚度階梯完好區(qū)的敲擊力響應(yīng)時間曲線，從中

可以看出，在蒙皮厚度為1mm到2.5mm之間時，隨著蒙皮厚度的增加，敲擊力響應(yīng)

時間急劇減小，而當蒙皮厚度超過2.5mm時，隨著蒙皮厚度的增加敲擊力響應(yīng)時

間變化則不明顯，即敲擊檢測能夠應(yīng)用的最大探測深度為2.5mm。

圖16不同蒙皮厚度下粘接完好區(qū)敲擊響應(yīng)曲線

圖17和圖18所示分別為試塊（三）和試塊（四）檢測獲得的缺陷區(qū)和完好區(qū)

的敲擊力響應(yīng)時間比對柱形圖。從圖中可以看出，對于試塊（三）中的四個脫粘

缺陷，蒙皮1mm、1.5mm、2mm厚的三個階梯中的脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)敲擊響應(yīng)時

間差異明顯，對應(yīng)模擬脫粘缺陷能夠很容易檢測識別；而蒙皮厚度2.5mm厚階梯

處的脫粘缺陷區(qū)與完好區(qū)的敲擊響應(yīng)時間差異減少，對應(yīng)的模擬脫粘缺陷勉強可

以檢測識別。對于圖（四）所示的三個脫粘缺陷，僅蒙皮1mm厚臺階處的脫粘能

夠清楚檢測識別，而蒙皮2.5mm厚和3.5mm厚的兩個階梯中的脫粘缺陷完全無法檢

測識別。

圖17試塊（三）中不同蒙皮厚度下缺陷區(qū)與完好區(qū)敲擊響應(yīng)比對

圖18試塊（四）中不同蒙皮厚度下缺陷區(qū)與完好區(qū)敲擊響應(yīng)比對

因此，通過上述實驗研究獲得，對于碳纖維蒙皮+NOMEX蜂窩芯的復(fù)合材料蜂

窩夾芯結(jié)構(gòu)試塊，在能夠可靠檢出缺陷直徑為25.4mm的前提下，其最大可探測蒙

皮厚度為2mm。

6.3不同損傷形式的敲擊檢測試驗

6.3.1下蒙皮脫粘缺陷的敲擊檢測試驗

為了驗證敲擊檢測技術(shù)對不同位置處脫粘缺陷的檢出能力，分別對試塊

（一）、試塊（三）、試塊（四）進行了敲擊檢測實驗。針對試塊（一），采用

WOODPECKER632M敲擊檢測儀沿直徑為60mm脫粘缺陷所在一列進行檢測，圖19所

示為試塊（一）中不同位置處直徑60mm脫粘缺陷區(qū)與附近完好區(qū)敲擊響應(yīng)比對圖，

從中可以看出，敲擊檢測僅能檢出上蒙皮與上蜂窩芯間的脫粘缺陷，而對于中蒙

皮的上下脫粘缺陷及下蒙皮的脫粘缺陷無法檢出。

圖19試塊（一）中不同位置處直徑60mm脫粘缺陷區(qū)與附近完好區(qū)敲擊響應(yīng)

比對圖

圖20所示為對試塊（三）和試塊（四）由下表面進行敲擊檢測獲得的各階梯

處的檢測結(jié)果曲線，從中可以看出，各級階梯中脫粘缺陷區(qū)與周圍非脫粘缺陷區(qū)

的敲擊力響應(yīng)時間不明顯，即無法檢出其中所預(yù)制的人工脫粘缺陷。

圖20不同蒙皮厚度下對下蒙皮脫粘損傷的敲擊響應(yīng)結(jié)果

因此，通過本實驗研究可以獲得，敲擊檢測僅能檢出靠近敲擊面近側(cè)的蒙皮

與蜂窩芯間的脫粘損傷，而對于蜂窩芯下的脫粘損傷無能為力。

6.3.2蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)沖擊損傷的敲擊檢測試驗

圖21所示的試塊（五）為一碳纖維蒙皮+NOMEX蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)沖擊損傷試塊，

該試塊長150mm、寬100mm，上下碳纖維蒙皮厚度為0.375mm，蜂窩芯子厚度約19mm，

芯格尺寸約為8mm。采用直徑16mm的球形沖頭對試塊中心部位進行自由落體的低

速沖擊，沖擊能量為4.75J。

圖21試塊（五）——碳纖維蒙皮+NOMEX蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)沖擊試驗件

分別采用標準本附錄A所示的手動敲擊棒和WOODPECKER632M電子敲擊檢測儀

對沖擊損傷區(qū)進行敲擊檢測，兩者獲得的損傷尺寸均約為25mm×25mm。表4所示

為采用WOODPECKER632M型電子敲擊檢測儀以5mm敲擊步進量分別沿著沖擊損傷

區(qū)長度和寬度方向進行敲擊檢測獲得敲擊時間響應(yīng)值，圖22所示為長度和寬度方

向的敲擊響應(yīng)時間比對曲線。

表4試塊（五）沖擊損傷區(qū)敲擊響應(yīng)時間值

采樣點位置敲擊響應(yīng)時間（ms）

（mm）長度方向?qū)挾确较?/p>

50.510.52

100.510.51

150.520.52

200.510.51

250.520.52

300.510.52

350.540.57

400.670.65

450.790.78

500.720.67

550.580.58

600.50.5

650.510.53

700.510.52

750.520.52

800.510.53

850.510.52

900.510.52

950.520.53

圖22試塊（五）沖擊區(qū)敲擊時間響應(yīng)比對曲線

為了進一步驗證敲擊檢測技術(shù)對蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)沖擊損傷的適用性，對試塊

（五）采用噴水穿透法超聲C掃描進行了無損檢測，圖23所示為穿透法超聲檢測

結(jié)果，從中可以看出C掃描獲得的損傷尺寸為54.8mm×42.2mm，遠大于之前采用

敲擊檢測獲得的損傷尺寸。

圖23試塊（五）沖擊損傷區(qū)噴水穿透法超聲C掃描結(jié)果

隨后對該沖擊試驗件從沖擊中心點沿試塊寬度方向進行了解剖，通過斷面觀

察可以發(fā)現(xiàn)，該蜂窩試塊在低速沖擊載荷作用下，產(chǎn)生了蒙皮分層、蒙皮與蜂窩

芯脫粘和蜂窩芯子褶皺/斷裂損傷，蒙皮分層/脫粘損傷僅略大于沖頭直徑，而蜂

窩芯子褶皺/斷裂損傷范圍較大，且大致以沖擊作用點為中心并沿蜂窩芯厚度方

向呈金字塔狀向?qū)挾确较蚍植?，見圖24所示。

蒙皮分層/脫粘區(qū)

沖擊點

蜂窩芯損傷區(qū)

圖24試塊（五）沖擊損傷區(qū)斷口照片

通過進一步比對無損檢測結(jié)果和損傷斷口發(fā)現(xiàn)，敲擊檢出的25mm×25mm的損

傷尺寸基本上僅為蒙皮分層和板-芯脫粘區(qū)的尺寸，對沖擊引起的芯子褶皺/斷裂

損傷完全沒有檢測出來。而超聲穿透法C掃描給出損傷尺寸則完全包含了蒙皮分

層、板芯脫粘和蜂窩芯子損傷。

因此，通過本實驗研究獲得，對于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)中的沖擊損傷，敲擊檢測技

術(shù)只適用于檢測因沖擊引起的蒙皮分層和板-芯脫粘損傷，而對芯子褶皺/斷裂等

芯子損傷的檢測不適用。對于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)沖擊損傷，在進行敲擊檢測后，建議

采用其它檢測手段（例如穿透法超聲C掃描）進行補充檢測，以獲得最大的沖擊

損傷尺寸。

6.4手動敲擊和電子敲擊檢測儀敲擊檢測比對試驗

為了驗證手動敲擊棒檢測（手動敲擊）和電子敲擊檢測儀檢測（電動敲擊）

兩種檢測方法對缺陷檢出結(jié)果的一致性，在對前述五塊試塊采用WOODPECKER

632M電子敲擊檢測儀進行電子敲擊檢測的同時也采用手持敲擊棒進行了手動檢

測，通過檢測結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，手動敲擊棒檢測結(jié)果和采用WOODPECKER632M

電子敲擊檢測儀進行檢測的結(jié)果基本一致。同時通過實驗還發(fā)現(xiàn)，在采用

WOODPECKER632M電子敲擊檢測儀進行檢測時，尤其要注意敲擊操作的平穩(wěn)

性，否則極易出現(xiàn)誤報警現(xiàn)象，而采用敲擊棒敲擊并依靠人耳進行聽聲判別時，

應(yīng)保證檢測現(xiàn)場的安靜，以利于敲擊聲音的清晰判別。

6.5不同檢測人員對不同缺陷的敲擊檢測能力對比試驗

為了進一步驗證不同檢測人員對不同缺陷的敲擊檢測能力，由3名具有敲擊

檢測經(jīng)驗和2名不具有敲擊檢測經(jīng)驗的檢測人員手持敲擊檢測棒分別由上表面對

前述的五個試塊進行敲擊檢測，表5為檢結(jié)果統(tǒng)計。

對于蒙皮厚度為1mm的復(fù)合材料蜂窩試塊（一）和金屬蜂窩試塊（二），所

有檢測人員均能成功檢出其中直徑20mm及以上尺寸的上蒙皮和蜂窩芯脫粘缺

陷，而對試塊（一）中的中蒙皮上、下脫粘及下蒙皮脫粘、試塊（二）中的下蒙

皮脫粘缺陷，從上表面敲擊檢測都沒有能夠被檢測出來。

對于試塊（三）和試塊（四）不同蒙皮厚度下直徑25.4的上蒙皮脫粘缺陷，3

名有敲擊檢測經(jīng)驗的檢測人員檢出了試塊（三）中蒙皮厚度2.5mm及以下部位的

脫粘缺陷，而2名無敲擊檢測經(jīng)驗的檢測人員僅能檢出蒙皮厚度2.mm及以下部位

的脫粘缺陷。由此可見，手動敲擊檢測結(jié)果受人員經(jīng)驗影響較大。試塊（四）中，

全部5名檢測人員均無法檢出蒙皮厚度2.5mm及以上部位脫粘缺陷。綜合所有檢

測人員對試塊（三）和試塊（四）的敲擊檢測結(jié)果可以得到，對于直徑25.4mm

的上蒙皮脫粘缺陷，能夠可靠檢出的蒙皮厚度為2mm。

在試塊（五）中，所有檢測人員均只能檢出沖擊引起蒙皮分層和蒙皮與蜂窩

芯脫粘缺陷，而對芯子褶皺/斷裂損傷無能為力。因此，敲擊檢測不適合檢測蜂

窩夾芯結(jié)構(gòu)中的芯子損傷。

表5不同檢測人員對不同缺陷的敲擊檢測結(jié)果統(tǒng)計

檢測人員及檢測結(jié)果

試塊號缺陷屬性檢測人員檢測人檢測人檢測人檢測人員

A員B員C員DE

φ20mm上蒙皮脫粘√√√√√

φ40mm上蒙皮脫粘√√√√√

φ60mm上蒙皮脫粘√√√√√

φ20mm中蒙皮上脫粘×××××

φ40mm中蒙皮上脫粘×××××

φ60mm中蒙皮上脫粘×××××

試塊一

φ20mm中蒙皮下脫粘×××××

φ40mm中蒙皮下脫粘×××××

φ60mm中蒙皮下脫粘×××××

φ20mm下蒙皮脫粘×××××

φ40mm下蒙皮脫粘×××××

φ60mm下蒙皮脫粘×××××

φ20mm上蒙皮脫粘√√