基于聲發(fā)射和數(shù)字圖像相關(guān)方法編織復(fù)合材料損傷破壞研究.pdf

1、碳纖維編織復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能如高強(qiáng)度、高模量和耐腐蝕等在航空航天，汽車和工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而其損傷破壞過程較為復(fù)雜，了解碳纖維編織復(fù)合材料的損傷演化過程有助于其安全運(yùn)行和延長使用壽命。
　　本文通過聲發(fā)射（AE）技術(shù)和數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）方法對碳纖維編織復(fù)合材料、碳/?；祀s編織復(fù)合材料和碳纖維編織復(fù)合材料壓痕試件的損傷過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過這種互補(bǔ)檢測技術(shù)記錄編織復(fù)合材料試件損傷過程中的產(chǎn)生聲發(fā)射信號、位移場和應(yīng)變場信息。另

2、外，利用應(yīng)變電測技術(shù)測量試件在拉伸過程中的宏觀應(yīng)變，借助掃描電鏡（SEM）研究其斷口特征，對試件的拉伸過程進(jìn)行有限元分析（FEA）得到其應(yīng)變場和位移場，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。
　　碳纖維編織復(fù)合材料損傷過程分為三個階段，分別為初始階段，損傷累積階段和損傷破壞階段。碳纖維編織復(fù)合材料的載荷-時間曲線和應(yīng)力應(yīng)變曲線呈線性關(guān)系；幅度為50-70dB，峰值頻率為200-300kHz的聲發(fā)射信號與基體損傷有關(guān)，而幅度為80-100dB，峰值頻率

3、為300-600kHz的聲發(fā)射信號與纖維斷裂有關(guān)。利用數(shù)字圖像相關(guān)方法測得試件位移場和應(yīng)變場信息，發(fā)現(xiàn)對于相同的載荷增量，位移呈逐漸減小的趨勢，而最大拉伸應(yīng)呈先增加然后減小趨勢。通過有限元分析方法對試件拉伸過程進(jìn)行數(shù)值模擬，其分析結(jié)果與應(yīng)變電測量技術(shù)測得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和DIC方法測量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　對于碳/?；祀s編織復(fù)合材料試件，其損傷分為兩個階段，分別為損傷累積階段和破壞階段。聲發(fā)射信號幅度分布于碳纖維編織復(fù)合材料試

4、件大致相同。通過數(shù)字圖像相關(guān)方法測得碳/?；祀s斜紋編織復(fù)合材料在損傷過程中的位移場和應(yīng)變場變化，在相同的載荷增量下，碳纖維方向的位移場和應(yīng)變場變化與碳纖維編織復(fù)合材料試件相同，而玻璃纖維拉伸方向的位移場呈先減小后增加趨勢。根據(jù)有限元分析結(jié)果得知，數(shù)值模擬得到的位移場與應(yīng)變場分布與DIC測量結(jié)果和應(yīng)力-應(yīng)變曲線有良好的一致性。
　　對于碳纖維編織復(fù)合材料壓痕試件，壓痕損傷過程分為兩個階段：損傷累積階段和破壞階段。在損傷累積階段以50

5、-70dB低幅度信號為主，在破壞階段，80-100dB高幅度信號明顯增多；通過數(shù)字圖像相關(guān)方法對編織復(fù)合材料壓痕試件的壓縮過程監(jiān)測。分析試件在損傷過程中的位移場和應(yīng)變場變化，試件側(cè)面位移場變化準(zhǔn)確的表現(xiàn)出試件分層損傷過程，結(jié)合試件斷裂圖，發(fā)現(xiàn)隨著試件壓痕損傷程度增加，分層損傷越不明顯。
　　聲發(fā)射技術(shù)、數(shù)字圖像相關(guān)方法、掃描電鏡技術(shù)和應(yīng)變電測技術(shù)的組合是一種有效的補(bǔ)充檢測技術(shù)，結(jié)合有限元分析可以有效的描述編織復(fù)合材料的變形，損傷演