监测粘合完整性的系统和方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201280018184.3 | 申请日 | 2012-02-09 | 公开(公告)号 | CN103502802B | 公开(公告)日 | 2016-08-24 |
| 申请人 | 波音公司; | 发明人 | J-B·伊努; J·H·格斯; K·Y·布罗豪维克; W·B·H·格拉斯; | ||||
| 摘要 | 在一个实施方式中，本公开提供了用于监测粘合结构组件的 固化 胶层内的 粘合剂 完整性的系统。所述系统包括具有固化胶层的粘合结构组件。所述固化胶层包括粘合剂层、与粘合剂层整合的 棉 麻织物板层和与棉麻织物板层整合的电 传感器 网络。所述系统进一步包括向电传感器网络提供电 力 的电源。所述系统进一步包括检索并处理来自电传感器网络的数据的数字数据通信网络。所述电传感器网络通过解释在固化胶层内直接测量的局部动态响应和机电性能的变化根据要求监测粘合剂完整性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于监测粘合结构组件的固化胶层内的粘合剂完整性的系统，所述系统包括： |
||||||
| 说明书全文 | 监测粘合完整性的系统和方法技术领域背景技术[0002] 结构及结构部件的制造和装配越来越多地包括使用粘合接头或胶层如粘合剂粘合接头或胶层替代紧固件设备，将结构部件粘合或连接在一起。粘合剂粘合接头可用于将复合材料结构部件与其他复合材料或其他材料如金属粘合在一起。在这点上，粘合剂粘合复合材料结构和结构部件可通常用于制造和装配飞机、宇宙飞船、旋翼机、船舶、汽车、卡车、公交车以及其他交通工具和结构，这是因为这类复合材料结构和结构部件的设计灵活且重量轻。 [0003] 现有已知的检查方法和设备用于评估粘合剂粘合接头或胶层的完整性，从而测量粘合剂粘合的质量、稳固性、有效性、性能、强度或其他特性，也评估粘合剂粘合根据需要在粘合结构或结构部件的整个预测寿命内可靠地发挥作用的能力。这类已知的检查方法和设备可包括多种费时的技术，如肉眼检查、局部非破坏性检查方法、激光结合和超声波检查装置，或其它已知的方法和装置。这些已知的检查方法和设备可需要停止硬件使用进行检查，并且在部件部分使用时不可能具有探寻(interrogate)胶层的能力。另外，这类检查方法和设备可增加确保胶层完整性过程的成本和流程时间。另外，这类已知的检查方法和设备可能仅在某些时刻或基于周期执行，而不是具有根据要求在所有时候可获得的和在连续的、实时基础上可获得的关于胶层完整性的信息。 [0004] 具体地，在肉眼观察到粘合剂粘合接头或胶层受限或是不可能的情况下，比如，如果这些粘合剂粘合接头或胶层位于远的或内部的位置或在表面下方，则已知的肉眼检查和局部非破坏性检查方法和设备可能不是有效的。在不拆卸或损坏结构或结构部件比如移动一部分或在结构中钻孔以插入测量工具的情况下，可能很难或不可能到达内部的粘合接头和胶层。另外，超声波检查可能需要专用装备、大量的操作员培训以及有效地到达结构部件。 [0005] 另外，现有已知的方法和设备使用外部传感器监测复合材料结构的健康情况(health)。比如，Watkins,Jr.等人的公开号2007/0166831A1的美国专利公开通过在复合材料结构的表面部署状态传感器监测复合材料结构的健康情况的方法。然而，将传感器置于结构的外表面可提供整个结构的测量，这包括通过结构部件和胶层的测量。这类已知的方法和设备可仅提供胶层处或胶层内的间接的且较不精确的胶层特性测量，而没有直接的和更精确的胶层特性测量。另外，结构或结构部件的可达性，比如无法到达复合材料夹层结构的一侧，可能使得外部传感器的对齐和放置复杂化。 [0006] 因此，本技术领域需要改善的系统和方法，用于直接监测结构或结构组件的粘合剂粘合接头或胶层处或之内的粘合完整性，这种改善的系统和方法提供超过已知系统和方法的优势。发明内容 [0007] 满足了直接监测结构或结构组件的粘合剂粘合接头或胶层处或之内的粘合完整性的系统和方法的需求。如下面具体实施方式中论述的，所述系统和方法的实施方式可提供超过现有系统和方法的显著优势。 [0008] 在本公开的实施方式中，提供了监测粘合结构组件的固化胶层内的粘合剂完整性的系统。所述系统包括具有固化胶层的粘合结构组件。所述固化胶层包括粘合剂层、与粘合剂层整合的棉麻织物(scrim)板层和与棉麻织物板层整合的电传感器网络。所述系统进一步包括向电传感器网络提供电力的电源。所述系统进一步包括检索（retrieving）并处理来自电传感器网络的数据的数字数据通信网络。所述电传感器网络通过解释在固化胶层内直接测量的局部动态响应和机电性能的变化根据要求监测固化胶层内的粘合剂完整性。 [0009] 在本公开的另一个实施方式中，提供了监测粘合复合材料层组件的固化胶层内的粘合剂完整性的系统。所述系统包括具有固化胶层的粘合复合材料层组件。所述固化胶层包括粘合剂层、与粘合剂层整合的棉麻织物板层和与棉麻织物板层整合的电传感器网络。所述系统进一步包括向电传感器网络提供电力的无线电源。所述系统进一步包括检索并处理来自电传感器网络的数据的无线数字数据通信网络。所述电传感器网络通过解释在固化胶层内直接测量的局部动态响应和机电性能的变化根据要求监测固化胶层内的粘合剂完整性。 [0010] 在本公开的另一个实施方式中，提供了监测粘合结构组件的固化胶层内的粘合剂完整性的方法。所述方法包括提供具有固化胶层的粘合结构组件。所述固化胶层包括粘合剂层、与粘合剂层整合的棉麻织物板层和与棉麻织物板层整合的电传感器网络。所述方法进一步包括启动电传感器网络以通过解释在固化胶层内直接测量的局部动态响应和机电性能的变化根据要求监测固化胶层的粘合剂完整性。所述方法进一步包括通过数字数据通信网络检索并处理来自电传感器网络的固化胶层的粘合剂完整性数据。 附图说明[0012] 结合附图参考以下具体实施方式能够更好地理解本公开，所述附图示出优选的和示例性实施方式，但不一定按比例绘制，其中： [0013] 图1是可使用本公开的系统和方法的一个实施方式的示例性飞机的透视图的图解； [0014] 图2是监测本公开的粘合剂完整性的系统的一个实施方式的框图的图解； [0015] 图3是监测本公开的粘合剂完整性的系统的另一个实施方式的框图的图解； [0016] 图4A是具有本公开系统的一个实施方式的粘合结构的实施方式的局部剖视图的图解； [0017] 图4B是具有本公开系统的一个实施方式的粘合结构的另一个实施方式的局部剖视图的图解； [0018] 图4C是具有本公开系统的一个实施方式的粘合结构的另一个实施方式的局部剖视图的图解； [0019] 图5A是具有本公开电传感器网络的一个实施方式的粘合结构的实施方式的局部剖视图的图解； [0020] 图5B是具有本公开电传感器网络的一个实施方式的粘合结构的另一个实施方式的局部剖视图的图解； [0021] 图6是具有有源传感器节点的棉麻织物板层的一个实施方式的顶视图的图解； [0023] 图8是示出脱胶和弱粘合检测的本公开系统的一个实施方式的示意图的图解；和[0024] 图9是监测本公开的粘合剂完整性的方法实施方式的流程图的图解。 具体实施方式[0025] 现在参考附图在下文中对公开的实施方式进行更全面的描述，其中示出一些但不是所有的公开的实施方式。实际上，可提供几个不同的实施方式并且不应解释为限制于本文阐明的实施方式。相反地，提供这些实施方式使得本公开将是彻底的和完整的，并向本领域技术人员充分地传达本公开的范围。以下具体实施方式是实施本公开的目前考虑的最佳模式。该描述不应被视为具有限制意义，而是出于仅仅示出本公开的一般原则的目的，因为本公开的范围由附属权利要求最佳限定。 [0026] 现在参考附图，图1是示例性现有技术飞机10的透视图的图解，对于该现有技术飞机10可使用监测粘合剂完整性的系统30（见图2）或系统100（见图3），或方法200（见图9）的实施方式之一。飞机10包括机身12、机头14、飞机座舱16、可操作连接至机身12的机翼18、一个或更多推进装置20、尾部垂直安定面22和一个或更多尾部水平安定面24。尽管图1示出的飞机10一般代表商用客机，但本文公开的系统30、100和方法200也可在其他类型的飞机中使用。更具体地，公开实施方式的教导可应用到其他客机、货运飞机、军用飞机、旋翼机、和其他类型的飞机或空中飞行器，以及航空航天飞行器如卫星、空间发射飞行器(space launch vehicle)、火箭和其他类型的航空航天飞行器。也可理解的是根据本公开的系统、方法和装置的实施方式可在其他交通工具中使用，如船和其他船舶、火车、汽车、卡车、公交车和其他类型的交通工具。 [0027] 图2是监测粘合剂完整性的系统30的一个实施方式的框图的图解。在本公开的一个实施方式中，提供了监测粘合结构组件34的固化胶层32或接头内的粘合剂完整性的系统30。如本文中使用的，术语“粘合剂完整性”指粘合剂粘合的质量、稳固性、有效性、性能和强度的量度，以及粘合剂粘合根据需要在粘合结构组件或结构的整个预测寿命内可靠地发挥作用的能力。 [0028] 系统30包括具有固化胶层32或接头的粘合结构组件34。如图4A-4C所示，粘合结构组件34可包括第一结构36和第二结构42。第一结构36具有第一侧38和第二侧40。第二结构42具有第一侧44和第二侧46。第一结构36可以由复合材料、金属材料、复合材料与金属材料的组合或另一合适的材料制成。第二结构42可以由复合材料、金属材料、复合材料与金属材料的组合或另一合适的材料制成。优选地，用于第一结构36和/或第二结构42的复合材料包括高分子复合材料、纤维增强复合材料、纤维增强聚合物、碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃钢(glass-reinforced plastics)(GRP)、热塑性复合材料、热固性复合材料、环氧树脂复合材料、形状记忆聚合物复合材料、陶瓷基复合材料或者另一合适的复合材料。示例性复合材料可通常包括增强纤维，如增强织物，其分散在热塑性或热固性聚合物基体中。增强织物可包括由金属纤维、碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维制成的纤维。增强纤维可在织造或非织造垫中，或它们可分散在基体中。基体材料可包括热塑性材料，如聚酰胺、聚烯烃和含氟聚合物，以及热固性材料如环氧树脂和聚酯。优选地，用于第一结构36和/或第二结构42的金属材料包括铝、不锈钢、钛、它们的合金或其它合适的金属或金属合金。 [0029] 图4A是粘合结构34a的实施方式的局部剖视图的图解，该粘合结构34a具有由一种材料如金属制成的第一结构36a并具有由与第一结构36a的材料相同的材料如金属制成的第二结构42a。图4B是粘合结构34b的另一个实施方式的局部剖视图的图解，该粘合结构34b具有由一种材料如金属制成的第一结构36a并具有由与第一结构36a的材料不同的材料如复合材料制成的第二结构42b。图4C是粘合结构34c的另一个实施方式的局部剖视图的图解，该粘合结构34c具有由一种材料如复合材料制成的第一结构36b并具有由与第一结构36b的材料相同的材料如复合材料制成第二结构42b。 [0030] 如图4A-4C中所示，粘合结构组件34的固化胶层32或接头包括一个或多个粘合剂层52。如图4A所示，粘合剂层52具有第一侧54和第二侧56。一个或多个粘合剂层52可包括粘合剂材料如环氧粘合剂、聚氨酯粘合剂、增韧(toughened)丙烯酸粘合剂或另一合适的粘合剂。环氧粘合剂通常具有良好的强度、低的收缩率，并与大多数材料产生坚固持久的粘合。聚氨酯粘合剂通常快速固化，提供耐冲击的强弹性接头，并具有良好的低温强度。增韧丙烯酸粘合剂通常快速固化，具有高强度和韧性，并与多种材料良好地粘合。 [0031] 如图2中所示，固化胶层32进一步包括与一层或多层粘合剂层52（也见图4A-4C和5A-5B）整合的棉麻织物板层58。如图4A中所示，棉麻织物板层58具有第一侧60和第二侧62。 棉麻织物板层58优选包括由多种纤维材料，如尼龙纤维材料、聚酯纤维材料、玻璃纤维材料或另一合适的纤维材料制成的材料。优选地，棉麻织物板层58是多功能的并且通过整合在粘合剂层52中而充当粘合剂层，也充当胶层监测系统。 [0032] 如图4A-4C中所示，固化胶层32进一步包括与棉麻织物板层58整合的电传感器网络64。优选地，电传感器网络64包括多个隔开的传感器元件66。传感器元件66可包括有源传感器节点66a（见图6）、有源传感器纤维66b（见图7）、有源传感器导线（未示出）、传感器光纤线（sensor fiber optic wire）（未示出）、纤维上传感器涂层（未示出）、碳纳米管（未示出）、无源传感器或另一合适的传感器元件。传感器元件66可由高电阻率的基体、绝缘热塑性或热固性聚合物和导电填料构成，所述导电填料如炭黑、碳纳米管和金属颗粒，如银、镍和铝，尽管可使用其他导电或半导电颗粒如金属氧化物。传感器元件66也可包括电极传感器、压电传感器、脉冲回波(PE)传感器、收发(pitch-catch)有源传感器、透射传输(through transmission)(TT)传感器、切变波传感器、共振传感器、机械阻抗传感器、兰姆波传感器、瑞利波传感器、斯通利波传感器或者其他合适的传感器。优选地，传感器元件66是有源传感器。然而，也可使用无源传感器。有源传感器可以响应环境刺激直接产生电流或电压。由于刺激且通常可需要额外的电能用于激励，无源传感器可以产生一些无源电量，如电容、电阻或电感的改变。一些RFID设备可以是有源的，和一些RFID设备可以是无源的。 [0033] 传感器元件66可以是可移动的并可以手动放置在与粘合剂层52整合的棉麻织物板层58上且在之后移动。可选地，可通过粘合剂或一种或更多种机械紧固件（未示出）使传感器元件66粘合或以其他方式连接至棉麻织物板层58或其内部。传感器元件66可以是小的离散传感器，以条带或电极的形式覆盖棉麻织物板层58的一些或基本所有的表面部分，或以垫子、纤维或织造薄板的形式连接至棉麻织物板层58或其上。 [0034] 系统30将固化胶层32的感测整合到粘合结构组件34中，并提供根据要求或连续地探寻固化胶层32的特性和完整性。智能(smart)粘合剂层52和棉麻织物板层58可以是粘合结构组件34的永久部分。监测系统30在固化胶层32处或之内提供内部电传感器网络64和内部传感器元件66，以直接提供在固化胶层32本身处或之内的胶层特性和胶层完整性的直接测量和评估。 [0035] 传感器元件66优选具有基于超声波传播和机电阻抗的特征(modality)。为了能够实现智能棉麻织物板层58，传感器元件66可被整合到棉麻织物材料的织造或随机垫纤维层中。在一个实施方式中，具有传感器元件66的棉麻织物材料可被层压入粘合剂层52中，以提供具有感测能力的整合膜粘合剂棉麻织物板层58（见图6）。图6是棉麻织物板层58的一个实施方式的顶视图的图解，该棉麻织物板层58是棉麻织物板层58a的形式，该棉麻织物板层58a具有电传感器网络64，电传感器网络64具有传感器元件66，该传感器元件66为整合入或连接到棉麻织物板层58的有源传感器节点66a的形式。如图6中所示，传感器节点66a形成网格模式68。如图4A和6中所示，棉麻织物板层58具有第一侧60（见图4A和6）、第二侧62（见图 4A）、第一端88（见图6）和第二端90（见图6）。 [0036] 在另一个实施方式中，传感器元件66可连接至或整合入与粘合剂层52整合的现有的或已知的棉麻织物板层58（见图7）。图7是棉麻织物板层58的另一个实施方式的顶视图的图解，该棉麻织物板层58是棉麻织物板层58b的形式，该棉麻织物板层58b具有电传感器网络64，电传感器网络64具有传感器元件66，该传感器元件66为整合入棉麻织物板层58或连接至棉麻织物板层58上的有源传感器纤维66b的形式。如图7中所示，传感器纤维66b形成网格模式72。如图5B和7中所示，棉麻织物板层58具有第一侧60（见图5B和7）、第二侧62（见图5B）、第一端88（见图7）和第二端90（见图7）。 [0038] 如图2中所示，系统30进一步包括检索并处理来自电传感器网络64的数据的数字数据通信网络76。数字数据通信网络76优选是无线的。数字数据通信网络76可包括检索来自电传感器网络64的数据的数据检索系统(data retrieval system)78。数据检索系统78可包括RFID、无线收发机（同时具有组合的且共用共同电路或单一外壳的发射器和接收器的装置）或者另一合适的数据检索系统。 [0039] 电传感器网络64通过解释在固化胶层32处或之内直接测量的局部动态响应84（见图2）和机电性能86（见图2）的变化根据要求监测固化胶层32内的粘合剂完整性82（见图2）。电传感器网络64也可以连续地监测固化胶层32内的粘合剂完整性82。局部动态响应84和机电性能86优选在固化胶层处或之内直接测量，并且可包括脱胶92（见图8）、弱粘合（见图8）、应变水平、湿气侵入、材料变化、裂缝、空隙、分层、孔隙度、或者其他合适的局部动态响应或机电性能、或可对粘合结构组件34的固化胶层32的性能不利影响的其他不规则性(irregularity)。固化胶层32的完整性可通过解释在固化胶层32处或之内直接测量的局部动态响应84和机电性能86的变化而确定。额外的传感器元件66，如评估湿气侵入的基于光纤的材料、评估应变的压电传感器或者其他的感测方法，也可并入粘合剂层52中。也可维持棉麻织物板层58的其他功能方面，包括胶层厚度控制、胶层粘度控制和/或胶层的粘合剂均匀性。 [0040] 如图2中所示，数字数据通信网络76可进一步包括处理来自电传感器网络64的数据的数据处理系统80。数据处理系统80可包括，比如，已知的计算机处理器（未示出）、数据库（未示出）以及数据存储和管理系统（未示出）。 [0041] 系统30监测粘合结构组件34的固化胶层32内的粘合剂完整性82。优选地，系统30用于监测粘合结构组件34的固化胶层32处或之内的粘合剂完整性，所述粘合结构组件34比如用于飞机10（见图1）、宇宙飞船、航空航天飞行器、空间发射飞行器、火箭、人造卫星、旋翼机、船舶、船、火车、汽车、卡车、公交车、建筑结构或者其他合适的交通工具和结构的粘合结构组件。 [0042] 图3是监测粘合复合材料层组件102的固化胶层32内的粘合剂完整性的系统100的另一个实施方式的框图的图解。系统100包括具有固化胶层32的粘合复合材料层组件102。如图5A-5B中所示，粘合复合材料层组件102可包括第一衬底104和第二衬底110。第一衬底 104具有第一侧106和第二侧108。第二衬底110具有第一侧112和第二侧114。第一衬底104和第二衬底110优选都由复合材料制成，该复合材料包括高分子复合材料、纤维增强复合材料、纤维增强聚合物、碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃钢(GRP)、热塑性复合材料、热固性复合材料、环氧树脂复合材料、形状记忆聚合物复合材料、陶瓷基复合材料或者另一合适的复合材料。图5A是具有本公开的电传感器网络64的一个实施方式的粘合结构102a的实施方式的局部剖视图的图解。如图5A中所示，电传感器网络64包括包含有源传感器节点66a的传感器元件66。图5B是具有本公开的电传感器网络64的另一实施方式的粘合结构102b的另一实施方式的局部剖视图的图解。如图5B中所示，电传感器网络64包括包含有源传感器纤维66b的传感器元件66。 [0043] 如图5A-5B中所示，粘合结构组件102的固化胶层32包括一个或多个粘合剂层52。一个或多个粘合剂层52可包括粘合剂材料如环氧粘合剂、聚氨酯粘合剂、增韧丙烯酸粘合剂或另一合适的粘合剂。固化胶层32进一步包括与一个或多个粘合剂层52整合的棉麻织物板层58。如图5A中所示，棉麻织物板层58具有第一侧60和第二侧62。棉麻织物板层58优选包括由多种纤维材料，如尼龙纤维材料、聚酯纤维材料、玻璃纤维材料或另一合适的纤维材料制成的材料。棉麻织物板层58是多功能的并且通过整合在粘合剂层52中而充当粘合剂层，也充当胶层监测系统。固化胶层32进一步包括与棉麻织物板层58整合的电传感器网络64。 电传感器网络64优选包括多个隔开的传感器元件66，该传感器元件66包括有源传感器节点 66a（见图5A）、有源传感器纤维66b（见图5B）、有源传感器导线（未示出）、传感器光纤线（未示出）、纤维上传感器涂层（未示出）、碳纳米管（未示出）、无源传感器或另一合适的传感器元件。传感器元件66优选具有基于超声波传播和机电阻抗的特征。监测系统100在固化胶层 32处或之内提供内部电传感器网络64和内部传感器元件66，以直接提供在固化胶层32本身处或之内胶层特性和胶层完整性的直接测量和评估。 [0044] 如图3中所示，系统100进一步包括向电传感器网络64提供电力的无线电源116。无线电源74可包括电池、电压、RFID（射频识别）、磁感应传输或另一合适的无线电源。 [0045] 如图3中所示，系统100进一步包括检索并处理来自电传感器网络64的数据的无线数字数据通信网络118。无线数字数据通信网络118可包括检索来自电传感器网络64的数据的无线数据检索系统120。无线数据检索系统120可包括RFID、无线收发机或另一合适的数据检索系统。电传感器网络64通过解释在固化胶层32内直接测量的局部动态响应84（见图3）和机电性能86（见图3）的变化根据要求监测固化胶层32内的粘合剂完整性82（见图3）。电传感器网络64也可连续监测固化胶层32内的粘合剂完整性82。局部动态响应84和机电性能 86优选在固化胶层32处或之内直接测量，并且可包括脱胶92（见图8）、弱粘合94（见图8）、应变水平、湿气侵入、材料变化、裂缝、空隙、分层、孔隙度、或其他合适的局部动态响应或机电性能、或可对粘合复合材料层组件102的固化胶层32的性能不利影响的其他不规则性。固化胶层32的完整性可通过解释在固化胶层32处或之内直接测量的局部动态响应84和机电性能86的变化而确定。额外的传感器元件66，如评估湿气侵入的基于光纤的材料、评估应变的压电传感器或者其他的感测方法，也可并入粘合剂层52中。也可维持棉麻织物板层58的其他功能方面，包括胶层厚度控制、胶层粘度控制和/或胶层的粘合剂均匀性。 [0046] 如图3中所示，无线数字数据通信网络118可进一步包括处理来自电传感器网络64的数据的无线数据处理系统122。无线数据处理系统122可包括，比如，已知的计算机处理器（未示出）、数据库（未示出）以及数据存储和管理系统（未示出）。 [0047] 系统100监测粘合复合材料层组件102的固化胶层32内的粘合剂完整性。优选地，系统100用于监测粘合复合材料层组件102的固化胶层32内的粘合剂完整性，所述粘合复合材料层组件102比如用于飞机、宇宙飞船、航空航天飞行器、空间发射飞行器、火箭、人造卫星、旋翼机、船舶、船、火车、汽车、卡车、公交车和建筑结构或者其他合适的交通工具和结构中的粘合复合材料层组件。 [0048] 图8是本公开系统100的一个实施方式的示意图的图解，其示出脱胶92和弱粘合94的检测。图8示出用与粘合剂层52整合的棉麻织物板层58粘合至第二衬底110的第一衬底104，棉麻织物板层58具有与棉麻织物板层58整合的电传感器网络64。无线电源116向系统 100的电传感器网络64提供电力。具有棉麻织物板层58的粘合剂层52示出有脱胶92和弱粘合94。无线数字数据通信网络118处理来自电传感器网络64的脱胶92和弱粘合94数据，以监测系统100的健康情况。 [0049] 在本公开的另一个实施方式中，提供了监测粘合结构组件34（见图2）的固化胶层32（见图2,3）内的粘合剂完整性的方法200。图9是监测固化胶层32内的粘合剂完整性的方法200的实施方式的流程图的图解。方法200包括提供具有固化胶层32的粘合结构组件34（见图4A-4C）的步骤202。粘合结构组件34可优选包括粘合复合材料层组件102（见图3）。如前文描述和图4A-4C中示出的，粘合结构组件34可包括第一结构36和第二结构42。第一结构 36可以由复合材料、金属材料、它们的组合或另一合适的材料制成。第二结构42可以由复合材料、金属材料、它们的组合或另一合适的材料制成。优选地，用于第一结构36和/或第二结构42的复合材料包括高分子复合材料、纤维增强复合材料、纤维增强聚合物、碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃钢(GRP)、热塑性复合材料、热固性复合材料、环氧树脂复合材料、形状记忆聚合物复合材料、陶瓷基复合材料或另一合适的复合材料。优选地，用于第一结构36和/或第二结构42的金属材料包括铝、不锈钢、钛、它们的合金或另一合适的金属或金属合金。 [0050] 如前文中讨论的，固化胶层32包括粘合剂层52、与粘合剂层52整合的棉麻织物板层58和与棉麻织物板层58整合的电传感器网络64。如图4A中所示，粘合剂层52可包括第一侧54和第二侧56。如前文中讨论的，粘合剂层52可包括粘合剂材料，如环氧粘合剂、聚氨酯粘合剂、增韧丙烯酸粘合剂或另一合适的粘合剂。如前文中讨论的，与粘合剂层52整合的棉麻织物板层58具有第一侧60和第二侧62。棉麻织物板层58优选包括由多种纤维材料，如尼龙纤维材料、聚酯纤维材料、玻璃纤维材料或另一合适的纤维材料制成的材料。棉麻织物板层58可以是多功能的并且通过整合在粘合剂层52中而充当粘合剂层，也可充当胶层监测系统。如前文中讨论的，电传感器网络64可优选包括多个隔开的传感器元件66，该传感器元件66包括有源传感器节点66a、有源传感器纤维66b、有源传感器导线（未示出）、传感器光纤线（未示出）、纤维上传感器涂层（未示出）、碳纳米管（未示出）、无源传感器或另一合适的传感器元件。传感器元件66优选具有基于超声波传播和机电阻抗的特征。方法200在固化胶层32处或之内提供内部电传感器网络64和内部传感器元件66，以直接提供在固化胶层32本身处或之内的胶层特性和胶层完整性的直接测量和评估。 [0051] 如图9中所示，方法200进一步包括步骤204：启动电传感器网络64（见图4A-4C）以通过解释在固化胶层32内直接测量的局部动态响应84和机电性能86（见图2）的变化根据要求监测固化胶层32的粘合剂完整性82。优选地，电传感器网络64使用电源74（见图2）启动，更优选地，使用无线电源116（见图3）启动。电源74或无线电源116可包括电池、电压、RFID（射频识别）、磁感应传输或另一合适的无线电源。 [0052] 如图9中所示，方法200进一步包括步骤206：通过数字数据通信网络76（见图2）检索并处理来自电传感器网络64的固化胶层32的粘合剂完整性数据。优选地，数字数据通信网络是无线数字数据通信网络118（见图3）。数字数据通信网络76可包括检索来自电传感器网络64的数据的数据检索系统78。数据检索系统78可包括RFID、无线收发机或另一合适的数据检索系统。无线数字数据通信网络118可包括检索来自电传感器网络64的数据的无线数据检索系统120。电传感器网络64通过解释在固化胶层32内直接测量的局部动态响应84（见图2、3）和机电性能86（见图2、3）的变化根据要求监测固化胶层32内的粘合剂完整性82（见图2、3）。电传感器网络64也可连续监测固化胶层32内的粘合剂完整性82。局部动态响应84和机电性能86优选在固化胶层32处或之内直接测量，并且可包括脱胶92（见图8）、弱粘合（见图8）、应变水平、湿气侵入、材料变化、裂缝、空隙、分层、孔隙度、或其他合适的局部动态响应或机电性能、或可对粘合结构组件的固化胶层的性能不利影响的其他不规则性。固化胶层32的完整性可通过解释在固化胶层32处或之内直接测量的局部动态响应84和机电性能86的变化而确定。 [0053] 数字数据通信网络76可进一步包括处理来自电传感器网络64的数据的数据处理系统80。无线数字数据通信网络118可进一步包括处理来自电传感器网络64的数据的无线数据处理系统122。数据处理系统80和无线数据处理系统122可包括，比如，已知的计算机处理器（未示出）、数据库（未示出）以及数据存储和管理系统（未示出）。 [0054] 方法200监测粘合结构组件34的固化胶层32内的粘合剂完整性，并且优选地，监测粘合复合材料层组件102的固化胶层32内的粘合剂完整性。优选地，方法200用于监测粘合结构组件34的固化胶层32内的粘合剂完整性，优选粘合复合材料层组件102，如用于飞机、宇宙飞船、航空航天飞行器、空间发射飞行器、人造卫星、旋翼机、船舶、船、火车、汽车、卡车、公交车、建筑结构或其他合适的交通工具和结构的粘合复合材料层组件102。 [0055] 监测系统30、100和监测方法200的实施方式提供将有源感测材料整合入粘合剂棉麻织物板层58，以产生能够充当粘合剂层和胶层监测系统二者的多功能系统或基体。整合入粘合剂棉麻织物板层58基体的传感器元件66解释在胶层界面内测量的局部动态响应84和机电性能86的变化，并且传感器元件66可评估固化胶层界面处或之内的关键特性如脱胶、应变水平、湿气侵入、材料变化、裂缝、空隙、分层、孔隙度和/或其他关键特性。监测系统30、100和监测方法200的实施方式可使用多组有源传感器元件66，如具有基于超声波传播和机电阻抗的特征——其基于棉麻织物结网(scrim meshing)模式——的感测材料，以作为电力和信息网络进行。系统和数据检索的启动可使用无线电源116、无线数据检索系统 120和无线数据处理系统122无线地进行，用于解释结构组件如粘合复合材料层组件102的固化胶层32原位的数据。监测系统30、100和监测方法200的实施方式提供具有嵌入式多功能棉麻织物板层58的固化胶层32，以根据要求或者连续地监测在制造和使用期间胶层界面粘合剂完整性品质的变化。这种固化胶层或粘合接头可通过基于紧固件的应用减小重接头的体积来减小结构和结构部件的整体重量。粘合接头部分通过将负荷分散在更大的底面积(footprint)上实现这一点。 [0056] 监测系统30、100和监测方法200的实施方式可提供在飞机、宇宙飞船、航空航天飞行器、空间发射飞行器、火箭、人造卫星、旋翼机、船舶、船、火车、汽车、卡车、公交车和其他合适的运输交通工具和结构中使用的粘合结构组件中的固化胶层32处或之内的粘合剂完整性监测。监测系统30、100和监测方法200的实施方式可提供用于表征粘合性能并在硬件和结构性粘合部分的服务寿命内持续地确保结构性粘合部分的胶层完整性的原位非破坏性的系统和方法。 [0057] 监测系统30、100和监测方法200的实施方式具有在结构或结构部件部分使用时探寻固化胶层的能力；可以减少确保胶层完整性的过程的成本和流程时间；可以在实时的基础上根据要求或者在实时的基础上连续进行，从而使关于胶层完整性的信息在所有时候都是可获得的；并且，可以预测和监测位于远的或内部的位置或在表面下方的固化胶层或粘合接头的完整性、健康情况和适用性(fitness)，而不拆卸或移动结构或结构部件或者在结构或结构部件中钻孔使任何测量工具插入。另外，监测系统30、100和监测方法200的实施方式可以在固化胶层处或者之内提供内部电传感器网络和内部传感器，以直接提供在胶层本身处或者之内的胶层特性和胶层完整性的直接测量和评估。最后，监测系统30、100和监测方法200的实施方式可用于在固化胶层或粘合接头处或者之内的劣化和弱点实际形成之前直接预测这些劣化和弱点，因而可增加结构或结构部件部分的可靠性，可增加粘合剂胶层的安全性，并可减少结构和结构部件部分的寿命内的整体制造和维护成本。 [0058] 本公开涉及领域的技术人员将会理解本公开许多修改和其他实施方式，其具有前文描述和相关附图中提供的教导益处。本文描述的实施方式是说明性的，而不应当被认为是限制性的或穷尽的。尽管本文中使用了具体的术语，但它们仅以一般的和描述性的意义使用，而不是为了限制的目的。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈