正交复合材料层板在静态与拉—拉疲劳下的损伤破坏

本文研究了正交铺层([0/90]s)碳纤维增强环氧复合材料在静态与拉—拉疲劳下的损伤破坏,探讨了它的破坏机理。通过采用显微观测,声发射技术及红外热象分析等多种手段测试其力学性能、损伤的产生和扩展,得到了不同加载条件下材料微结构的损伤断裂与声发射表征量及温度变化的关系。声发射累积量的突然增大可预报材料的断裂,温升的大小可供判别材料损伤的部位和程度。     

玻璃纤维复合材料静载荷声发射试验研究

通过对玻璃纤维复合材料试件静力载荷条件下的声发射试验,研究了该种材料在静力试验条件下的损伤破坏过程的声发射特性,分析了该材料损伤各阶段的声发射特性和对应的载荷比,系统而完整地得到了该材料损伤类型特征及声传播特性。试验证明:对玻璃纤维复合材料进行静力载荷条件下的声发射试验研究,可有效并清晰地揭示该材料在静力试验条件下损伤破坏过程中的声发射特性及材料损伤类型特征,为该材料的寿命健康监测、缺陷判定提供评价依据。     

风电叶片复合材料拉伸损伤破坏声发射行为

通过风电叶片单向和多向复合材料拉伸力学性能实验,结合声发射技术,研究复合材料损伤演化特性及纤维预断缺陷对复合材料力学性能的影响.复合材料单向和加卸载拉伸实验时,采用声发射实时监测整个损伤破坏过程,获取复合材料试件的拉伸力学性能、损伤破坏特征及相应的声发射响应特征.结果表明:由于纤维预断缺陷的存在,单向复合材料加载到约30％破坏载荷时,缺陷位置及相邻区域的基体和界面开始出现明显损伤;加载到约60％破坏载荷时,含缺陷层和相邻的层出现明显的层间剪切破坏,导致刚度的急剧缩减,声发射撞击累积数明显高于无缺陷试件.含纤维预断多向复合材料加载到约60％破坏载荷时,纤维预断处树脂基体出现明显损伤;随相对应力水平的提高,多向复合材料的Felicity比下降较为平缓.     

基于声发射检测技术的PE/PE自增强复合材料破损机理分析

用声发射(AE)技术研究了聚乙烯自增强复合材料的拉伸损伤与断裂行为.宽带传感器记录了不同角度纤维铺层的复合材料试样在拉伸破坏过程中的声发射信号,用扫描电子显微镜(SEM)观察了试样的几种典型的损伤破坏断面,对比分析了不同类型的损伤机制.实验分析表明,拉伸过程中破坏机制对声发射信号的特征具有显著影响,不同损伤模式的信号频谱特征存在明显的差异.声发射检测能有效提取热塑性复合材料损伤破坏信息,在材料的结构损伤主动监测中有良好的应用潜力.     

风电叶片复合材料拉伸损伤破坏声发射行为

通过风电叶片单向和多向复合材料拉伸力学性能实验, 结合声发射技术, 研究复合材料损伤演化特性及纤维预断缺陷对复合材料力学性能的影响。复合材料单向和加卸载拉伸实验时, 采用声发射实时监测整个损伤破坏过程, 获取复合材料试件的拉伸力学性能、 损伤破坏特征及相应的声发射响应特征。结果表明: 由于纤维预断缺陷的存在, 单向复合材料加载到约30％破坏载荷时, 缺陷位置及相邻区域的基体和界面开始出现明显损伤; 加载到约60％破坏载荷时, 含缺陷层和相邻的层出现明显的层间剪切破坏, 导致刚度的急剧缩减, 声发射撞击累积数明显高于无缺陷试件。含纤维预断多向复合材料加载到约60％破坏载荷时, 纤维预断处树脂基体出现明显损伤; 随相对应力水平的提高, 多向复合材料的Felicity比下降较为平缓。     

声发射技术在三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤分析中的应用

通过声发射技术(Acoustic Emission简称AE)对三维编织C/SiC复合材料试件单向拉伸实验过程进行全程动态监测,利用声发射特征参数的综合分析法揭示了三维编织C/SiC复合材料单向拉伸时损伤演化过程和规律。实验结果表明三维编织C/SiC复合材料单向拉伸时损伤发展的四个阶段及声发射特性并利用声发射相对能量定义了材料临界损伤强度。     

基于声发射及有限元单胞体模型的复合材料拉伸损伤分析

首先对复合材料单向板进行拉伸损伤实验,采用声发射监测其损伤的分布规律和发展过程,然后采用逐步线性加载的方式对三维有限元单胞模型进行应力场数值模拟,通过对应力场分布的分析获取复合材料的损伤机理,并进一步验证声发射监测的准确性.研究结果表明,通过综合运用声发射损伤监测技术与单胞模型有限元应力场数值模拟,分析复合材料拉伸损伤过程的方法是可行的.     

织物结构对复合材料力学性能影响的试验研究

为探讨不同结构形式织物对复合材料力学性能的影响及其损伤破坏机制之间的差异,通过宏观拉压试验,研究了经编及平纹碳纤维织物增强树脂基复合材料的拉伸及压缩力学性能,并利用声发射对试验过程进行实时监测,对破坏后的断口进行显微镜观察分析,分别给出了两种材料的拉伸和压缩破坏机制.研究结果表明:织物结构形式对复合材料的力学性能有较大影响,与经编织物复合材料相比,平纹织物复合材料的拉伸、压缩强度均较低,且其拉伸、压缩破坏试样的断口相对齐平,分层现象不明显;根据声发射监测结果可以判定两种复合材料损伤过程中的损伤类型,与经编织物相比,平纹织物复合材料拉/压过程中的声发射电压信号相对稳定且整体强度较低.     

炭/环氧复合材料拉伸损伤声发射特性及细观力学分析

对单向碳/环氧复合材料拉伸断裂过程进行了声发射监测,结合拉伸过程的细观力学分析,探讨了复合材料拉伸断裂的机理。结果表明,碳/环氧复合材料拉伸损伤过程可以分为三个阶段:弹性变形阶段、损伤发展与累积阶段和临近断裂阶段。弹性变形阶段基本无明显损伤发生;损伤发展与累积阶段主要是基体及界面损伤,该损伤先随载荷快速增大,到达峰值后又迅即减小;临近断裂阶段时声发射信号相对平静,但炭纤维开始发生集群损伤,这预示了灾难性断裂的到来。应用三维单胞模型,分析了引起各阶段损伤的原因。     

陶瓷材料破坏的声发射特性

采用先进的多通道声发射系统监测了AD95氧化铝陶瓷在三点弯曲加载下的破坏过程.对有缺口和无缺口两种试件的声发射能量数,事件数,振铃数随时间变化特征的对比分析,讨论了预制缺口对材料损伤破坏过程和断裂的影响.声发射幅值随时间的变化曲线直接反映了材料内微裂纹成核前期,成核,扩展至宏观裂纹形成和断裂过程.实验结果表明,声发射参数可以表征材料的内部损伤演化过程.     

基于声发射信号的不同密度C/SiC复合材料损伤演化

对密度为1.65 g/cm3、1.75 g/cm3和1.85 g/cm3的平纹编织C/SiC复合材料进行单向拉伸试验,获得材料的基本力学性能。采用声发射技术对材料在单调拉伸试验全程下的损伤信号进行监测,并对采用Wavelet小波方法降噪后的声发射信号进行特征参数分析和K-聚类分析。结合SEM图像分析发现材料密度的不同使材料损伤模式、损伤演化过程及破坏模式存在差异。根据损伤模式和声发射事件分布特征将试验声发射信号进行分类分析,研究不同密度材料的损伤模式和损伤演化机制,发现:随着密度增大,不同损伤模式发生的起始应力水平、相对时间及频数逐渐增大。分析得出结论:材料密度通过影响基体损伤程度和损伤分布区域以及界面性能改变材料力学性能。      

三维编织碳/环氧复合材料力学性能测试及破坏机制

通过宏观拉压试验, 研究了三维正交编织碳/环氧复合材料的拉伸和压缩力学性能。对试验过程进行了声发射分析, 对断口进行了扫描电镜观察分析, 给出了该类材料的拉伸和压缩破坏机制。结果表明: 三维正交编织碳/环氧复合材料有良好的拉伸和压缩力学性能; 三维正交编织复合材料在拉伸和压缩载荷作用下的断裂均为脆性断裂, 拉伸试验的主要破坏现象是纤维断裂拔出, 而压缩试验则是纤维剪切破坏; 通过声发射参数分析可以基本判定该类材料损伤过程中的损伤类型。     

压缩载荷下陶瓷材料声发射特性的实验研究

对陶瓷材料在两种压缩加载下破坏过程中的声发射特性进行实验研究。三点弯曲和巴西劈裂实验中,采用多通道声发射系统监测了陶瓷试件的破坏过程。对声发射信号进行分析,结果表明,声发射能量数、事件数、振铃数等参数都反映了材料内部损伤演化扩展直至试件宏观断裂的过程。利用声发射参数可以定位陶瓷试件的破坏位置;试件断面的宏细观分析表明,陶瓷的脆性破坏机制主要是颗粒附近的微裂纹开裂。     

玻璃纤维/大麻纤维增强聚丙烯混杂复合材料的力学性能和断裂特征(英文)

目前在土木工程,建筑,汽车等领域里使用的复合材料中,玻璃纤维是用量最大的增强材料。由于保护地球环境的呼声日趋高涨,天然纤维被期待着代替源于石油而且再利用困难的玻璃纤维,成为绿色复合材料的必要材料之一。本文通过注射成型工艺制作了玻璃短纤维,大麻短纤维以及混杂型纤维增强复合材料,并在拉伸实验中应用两种不同频率的声发射技术检测了拉伸断裂特性。实验发现,随着大麻纤维的加入和混杂复合材料绿色度的增加,复合材料的拉伸弹性模量随之线性增大,而拉伸强度基本保持不变。当大麻纤维的含量超过20wt%的时候,拉伸强度开始降低。在不同频率的声发射实验中,混杂型复合材料的声发射事件的产生都比单一纤维增强型复合材料要来的晚,也就是说,纤维的混杂有助于推迟微裂纹的产生。     

竹纤维增强复合材料力学性能及微观结构分析

天然竹子纤维增强树脂复合材料是利用自然资源,采用先进复合材料的层压工艺制成,是一种性能良好的,可应用的结构材料,已发表的研究竹/树脂的工作很少。本工作从宏观和微观实验两方面研究竹/环氧单向不同层数复合材料层板的拉伸、压缩、弯曲,层间剪切等力学性能,确定了各项力学参数,并对竹纤维与囊素以及树脂基体在不同载荷条件下的微观结构进行了观察与分析。结果表明竹/环氧复合材料的比强度、比刚度很好。比强度为低碳钢的3-4倍,力学性能与普通玻璃纤维增强复合材料相当。采用声发射技术和扫描电镜动态加载试验,监测竹子/环氧复合材料的损伤破坏。破坏型式随加载条件而不同,竹纤维增强复合材料的力学行为破坏机理与玻璃纤维,碳纤维增强复合材料相近。从竹子的微观结构看到它是有规则的很合理的一种天然复合材料,加上树脂基体提高了力学性能并能解决了纯竹的干裂,虫蛀等问题,而且竹/树脂可压制加工成不同厚度和形状的层合板,适应不同的结构使用,因而具有广阔的应用前景。      

Q235B钢板拉伸损伤试验的声发射特性

制作完整和焊接两种Q235B板材试样,利用声发射技术对其拉伸过程的损伤特性进行监测,根据获得的拉伸过程载荷时间历程曲线和材料损伤声发射信号,结合金属材料力学行为特性,对材料损伤声发射信号的幅度、振铃计数以及能量等参数进行分析,获得了材料塑性屈服、强化变形以及断裂等损伤阶段所表现出的声发射特性,通过对声发射信号撞击幅度和能量的统计分析,初步得到了不同损伤阶段所对应的声发射参数分布范围。对比分析完整和焊接两种试样损伤所表现出的不同声发射特性,结果表明声发射特性参数能够很好地描述焊接对材料力学特性的影响,并能以声发射参数"双峰"分布的形式从微观上反映焊接对试样屈服所造成的影响。实验结果为声发射技术应用于起重机结构状态监测提供了参考数据。     

碳毡及编织结构碳/碳复合材料常温力学性能研究

为研究两种不同预制体增强的碳/碳(C/C)复合材料的损伤破坏机制差别,将为该材料应用于结构件提供依据,对碳毡及2.5D编织结构增强的C/C复合材料的常温弯曲、剪切、压缩性能进行了测试,并用扫描电镜观察其断面形貌,对C/C复合材料在静态载荷下的力学性能及损伤破坏行为进行研究,探讨有关因素对材料性能和损伤破坏的影响.研究结果表明:两种不同增强体的C/C复合材料的断裂机理存在很大差异,且密度对C/C复合材料的常温力学性能有较大的影响.     

板状三维四向编织复合材料压缩细观破坏机理的实验研究

通过对三维四向编织复合材料薄板试件的宏观压缩破坏实验及其声发射信号的分析, 研究了该材料的抗压力学性能及其失效机理。实验结果表明: 材料的编织角对其压缩力学性能的影响很大, 随编织角的变化, 编织复合材料的压缩破坏机制发生了变化, 编织角小时, 材料表现为脆性特征; 当编织角大于某个临界角时, 材料的应力-应变曲线趋于非线性, 更多地表现为屈曲破坏。试验过程中采集到的声发射信号能有效地监测材料内部损伤演化过程。      

基于声发射信号的三维针刺C/SiC复合材料拉伸损伤演化研究

本研究对三维针刺C/SiC(3-dimension needled C/SiC, 3D-N C/SiC)复合材料进行室温单调拉伸和拉伸加载-卸载试验, 利用声发射技术对试样损伤演化进行动态监测。采用K-均值聚类分析方法对小波降噪后的声发射信号进行了损伤模式识别, 结合试样断口扫描电镜观测, 发现3D-N C/SiC复合材料在拉伸载荷作用下主要存在五类损伤模式: 基体开裂、界面脱粘、界面滑移、纤维断裂和纤维束断裂。通过快速傅里叶变换(FFT)方法对小波降噪后的信号进行频谱分析得出: 3D-N C/SiC复合材料在拉伸载荷作用下主要存在240、370和455 kHz三种频率的损伤信号, 分别对应于界面损伤、基体损伤和纤维损伤。结合单调拉伸试验过程声发射信号能量柱分布和加卸载过程累积能量曲线特征, 分析了试样损伤演化机理。     

丁腈橡胶含量对高模量碳/环氧复合材料力学性能的影响

本文对基体中四种不同丁腈橡胶含量(0,10%,15%,20%)的高模量碳纤维增强环氧复合材料进行了层间剪切、弯曲、拉伸及阻尼性能的实验,用声发射技术监测了微结构损伤并分析了其断裂形貌,比较了四组不同丁腈橡胶含量的碳/环氧复合材料的各项力学性能;得到了这种复合材料的最佳丁腈橡胶含量,并讨论了宏观力学性能与微结构破坏的关系。