T700／环氧复合材料拉伸损伤机理声发射实验研究

以声发射技术为手段,对T700／环氧复合材料试样进行了拉伸损伤实验,依据其损伤过程和声发射特性,发现在加载初期主要发生的是基体、界面的损伤;加载的后期微损伤发生的数量不多,但是损伤性质严重,其主要是碳纤维损伤;同时拉伸过程声发射信号存在峰值和”平静期”,且重复性很强。     

30CrMnSi三点弯曲过程的声发射特性研究

利用全波形声发射技术记录了30CrMnSi高强度合金钢在三点弯曲载荷下整个破坏过程的声发射信号。在研究了声发射累计振铃计数随栽荷变化的基础上，得出裂纹的发展过程大致可分为三个阶段。采用参数分析法和频谱分析法对裂纹发展的三个阶段声发射信号进行了统计和分析，得出声发射信号频率的升高和幅值的增加是构件逐渐破坏的特征。     

基于声发射技术的碳/环氧复合材料拉伸损伤模型

为了建立一种更适合复合材料的损伤模型,本文基于声发射技术对复合材料的损伤模型进行了探讨。结果表明：利用声发射事件累计数拟合出的数学模型效果非常好,与实验数据比较吻合,可以用于复合材料的损伤过程分析,对复合材料的损伤规律研究具有一定的参考作用。     

素坯密度对气相渗硅制备C/C-SiC复合材料结构与性能的影响

三维针刺碳毡经化学气相渗透(Chemical Vapor Infiltration,CVI)增密制备C/C素坯,通过气相渗硅(Gaseous Silicon Infiltration,GSI)制备C/C-SiC复合材料。研究素坯密度与CVI C层厚度及素坯孔隙率的变化规律,并分析素坯密度对C/C-SiC复合材料力学性能、热学性能的影响。结果表明:随着素坯密度增大,CVI C层变厚,孔隙率减小;C/C-SiC复合材料中残C量随之增大,残余Si量随之减小,SiC先保持较高含量(体积分数约40%),随后迅速降低,C/C-SiC复合材料密度逐渐减小,力学性能先增大后减小,而热导率及热膨胀系数降低至平稳。当素坯密度为1.085g/cm3时,复合材料力学性能最好,弯曲强度可达308.31MPa,断裂韧度为11.36MPa·m1/2。研究发现:素坯孔隙率较大时,渗硅通道足够,残余硅多,且CVI C层较薄,纤维硅蚀严重,C/C-SiC复合材料力学性能低;素坯孔隙率较小时,渗硅通道很快阻塞,Si和SiC含量少,而闭孔大且多,C/C-SiC复合材料力学性能也不高。     

先驱体浸渍-裂解SiC界面改性涂层对气相渗硅3D-C_f/SiC复合材料力学性能的影响

界面改性涂层对调节复合材料的力学性能起到重要作用。特别是在气相渗硅(GSI)制备C_f/SiC复合材料时,合适的界面改性涂层一方面保护C纤维不受Si反应侵蚀,另一方面调节C纤维和SiC基体的界面结合状况。通过在3D-C纤维预制件中制备先驱体浸渍-裂解(PIP)SiC涂层来进行界面改性,研究了PIP-SiC涂层对GSI C_f/SiC复合材料力学性能的影响。结果表明:无涂层改性的GSI C_f/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别为87.6 MPa、56.9GPa和2.1 MPa·m~(1/2)。具有PIP-SiC界面改性涂层的C_f/SiC复合材料力学性能得到改善,PIP-SiC涂层改性后,GSI C_f/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性随着PIP-SiC周期数的增加而降低,PIP-SiC为1个周期制备的GSI C_f/SiC复合材料的力学性能最高,其弯曲强度、弯曲模量、断裂韧性分别为185.2 MPa、91.1GPa和5.5 MPa·m~(1/2)。PIP-SiC界面改性涂层的作用机制主要体现在载荷传递和"阻挡"Si的侵蚀2个方面。     

不同拉伸条件下碳／环氧复合材料损伤的声发射特性

为了研究复合材料在动载荷和恒载情况下的损伤机理,在不同加载速度和恒载情况下,对T700／环氧复合材料进行了拉伸损伤声发射试验研究。从其损伤过程和声发射特性发现,在较低速率下,该复合材料断裂强度对拉伸速率变化不够敏感;但随着拉伸速率的增大,基体及界面损伤的高峰出现时间逐渐提前,断裂时损伤越来越不完全;恒载声发射效应反映了复合材料抗蠕变损伤的能力,而其收敛能力的大小反映了复合材料构件历史损伤的严重程度。     

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。     

基于声发射技术的30CrMnSi钢断裂机理研究

采用三点弯曲试样加载过程声发射监测实验,结合断口SEM观察及X射线能谱分析,考察了30CrMnSi合金钢延性断裂的整个物理过程.结果表明:30CrMnSi钢的断裂过程从宏观上可以分为裂尖塑性变形、裂纹亚临界扩展和裂纹失稳扩展三个阶段.其机理如下:裂尖塑性变形过程是位错的滑移、堆积而引起的孔洞形核和长大;裂纹亚临界扩展过...     

CVD-SiC界面改性涂层对气相渗硅制备C_f/SiC复合材料力学性能的影响

在气相渗硅制备C_f/SiC复合材料时,界面改性涂层非常重要。良好的界面改性涂层一方面起到保护碳纤维不受Si反应侵蚀的作用,另一方面起到调节纤维和基体界面结合状况。通过在C纤维表面制备CVD-SiC涂层来进行界面改性,研究CVD-SiC界面改性涂层对GSI C_f/SiC复合材料力学性能和断裂特征的影响,并分析其影响机制。结果表明:无CVD-SiC涂层改性的C_f/SiC复合材料力学性能较差,呈现脆性断裂特征,其强度、模量和断裂韧度分别为87.6MPa,56.9GPa,2.1MPa·m1/2。随着CVD-SiC涂层厚度的增加,C_f/SiC复合材料的弯曲强度、模量和断裂韧度呈现先升高后降低的趋势,CVD-SiC涂层厚度为1.1μm的C_f/SiC复合材料的力学性能最好,其弯曲强度、模量和断裂韧度分别为231.7MPa,87.3GPa,7.3MPa·m1/2。厚度适中的CVD-SiC界面改性涂层的作用机理主要体现在载荷传递、"阻挡"Si的侵蚀、"调节"界面结合状态3个方面。     

碳/环氧复合材料拉伸损伤声发射Felicity效应研究

为研究碳/环氧复合材料的Felicity效应,制定了碳/环氧复合材料[0]单向板拉伸试验方案,结合试验数据探讨了复合材料的Felicity比值变化规律。结果表明,复合材料的Felicity比值随损伤程度的增加呈下降趋势,说明利用Felicity比值可以较有效地评定复合材料损伤程度。