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(chē)和工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，而其損傷破壞過(guò)程較為復(fù)雜，了解碳纖維編織復(fù)合材料的損傷演化過(guò)程有助于其安全運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命。
　　本文通過(guò)聲發(fā)射（AE）技術(shù)和數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）方法對(duì)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(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)這種互補(bǔ)檢測(cè)技術(shù)記錄編織復(fù)合材料試件損傷過(guò)程中的產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)、位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)信息。另

2、外，利用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)測(cè)量試件在拉伸過(guò)程中的宏觀應(yīng)變，借助掃描電鏡（SEM）研究其斷口特征，對(duì)試件的拉伸過(guò)程進(jìn)行有限元分析（FEA）得到其應(yīng)變場(chǎng)和位移場(chǎng)，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比。
　　碳纖維編織復(fù)合材料損傷過(guò)程分為三個(gè)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(shí)間曲線(xiàn)和應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)呈線(xiàn)性關(guān)系；幅度為50-70dB，峰值頻率為200-300kHz的聲發(fā)射信號(hào)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(hào)與纖維斷裂有關(guān)。利用數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)得試件位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)信息，發(fā)現(xiàn)對(duì)于相同的載荷增量，位移呈逐漸減小的趨勢(shì)，而最大拉伸應(yīng)呈先增加然后減小趨勢(shì)。通過(guò)有限元分析方法對(duì)試件拉伸過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，其分析結(jié)果與應(yīng)變電測(cè)量技術(shù)測(cè)得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)和DIC方法測(cè)量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　對(duì)于碳/?；祀s編織復(fù)合材料試件，其損傷分為兩個(gè)階段，分別為損傷累積階段和破壞階段。聲發(fā)射信號(hào)幅度分布于碳纖維編織復(fù)合材料試

4、件大致相同。通過(guò)數(shù)字圖像相關(guān)方法測(cè)得碳/?；祀s斜紋編織復(fù)合材料在損傷過(guò)程中的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)變化，在相同的載荷增量下，碳纖維方向的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)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(chǎng)呈先減小后增加趨勢(shì)。根據(jù)有限元分析結(jié)果得知，數(shù)值模擬得到的位移場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)分布與DIC測(cè)量結(jié)果和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)有良好的一致性。
　　對(duì)于碳纖維編織復(fù)合材料壓痕試件，壓痕損傷過(guò)程分為兩個(gè)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(hào)為主，在破壞階段，80-100dB高幅度信號(hào)明顯增多；通過(guò)數(shù)字圖像相關(guān)方法對(duì)編織復(fù)合材料壓痕試件的壓縮過(guò)程監(jiān)測(cè)。分析試件在損傷過(guò)程中的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)變化，試件側(cè)面位移場(chǎng)變化準(zhǔn)確的表現(xiàn)出試件分層損傷過(guò)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(cè)技術(shù)的組合是一種有效的補(bǔ)充檢測(cè)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