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

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

2、外，利用應變電測技術測量試件在拉伸過程中的宏觀應變，借助掃描電鏡（SEM）研究其斷口特征，對試件的拉伸過程進行有限元分析（FEA）得到其應變場和位移場，并與實驗結(jié)果對比。
　　碳纖維編織復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。碳纖維編織復合材料的載荷-時間曲線和應力應變曲線呈線性關系；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，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。利用數(shù)字圖像相關方法測得試件位移場和應變場信息，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行數(shù)值模擬，其分析結(jié)果與應變電測量技術測得的應力-應變曲線和DIC方法測量的實驗結(jié)果吻合良好。
　　對于碳/玻混雜編織復合材料試件，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合材料試

4、件大致相同。通過數(shù)字圖像相關方法測得碳/?；祀s斜紋編織復合材料在損傷過程中的位移場和應變場變化，在相同的載荷增量下，碳纖維方向的位移場和應變場變化與碳纖維編織復合材料試件相同，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變場分布與DIC測量結(jié)果和應力-應變曲線有良好的一致性。
　　對于碳纖維編織復合材料壓痕試件，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)字圖像相關方法對編織復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變場變化，試件側(cè)面位移場變化準確的表現(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、數(shù)字圖像相關方法、掃描電鏡技術和應變電測技術的組合是一種有效的補充檢測技術，結(jié)合有限元分析可以有效的描述編織復合材料的變形，損傷演