碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤及声发射特征分析

针对碳纤维复合材料层合板面内压缩损伤问题,基于声发射技术分析不同损伤阶段的声发射信号特征。根据加载过程中时间–载荷曲线以及试样破坏断面微观形貌,将损伤过程分为三个阶段:初始损伤阶段主要产生少量基体开裂与纤维–基体界面脱粘,裂纹迅速扩展阶段开始产生纤维剪断以及失稳变形,平稳损伤阶段主要产生失稳变形以及分层裂纹扩展。结合声发射信号的振幅、振铃计数研究损伤过程,并基于小波变换进行损伤信号的时频分析,发现不同损伤类型可通过声发射振幅及频率特征有效识别。     

C/SiC拉伸强度与声发射演化的关联性EI北大核心CSCD

对平纹编织C/SiC复合材料样品拉伸破坏过程的声发射进行监测,采用基于改进遗传算法的无监督聚类方法对声发射信号进行模式识别,统计分析各类声发射模式的特征及其演化过程,结合断口分析,研究了C/SiC复合材料的拉伸强度、损伤机制与声发射信号演化之间的关系.结果表明:维断裂的声发射能量能够反映纤维/基体界面结合强度;低强度C/SiC材料中存在引起应力集中的基体富集区,在加载初期基体开裂事件占比超过50%;中强度C/SiC材料由于较强的界面,纤维损伤以单丝或部分纤维断裂事件为主;高强度C/SiC材料界面结合强度适中,纤维簇断裂是主要的失效模式.     

基于小波分析的复合材料层间损伤声发射行为

通过实时监测含分层复合材料加载破坏下缺陷演化的声发射信号,应用VBScript将波形数据串联成数据流进行分析,获取复合材料层间破坏的声发射响应特征。结果表明,复合材料Ⅰ型层间开裂过程中伴随有纤维损伤,而Ⅱ型只有基体开裂,从而导致Ⅰ型、Ⅱ型分层扩展过程中的声发射能量有很大差异;频谱分布图中,Ⅰ型破坏过程出现了两个波峰,两峰所对应的频率值即为树脂和纤维受载破坏的主要频率,Ⅱ型只有一个峰值。可以利用该结论为风电叶片复合材料分层破坏形式的识别提供借鉴。     

PE-UHMW/PE-LD层合板损伤声发射信号频率特征研究

为揭示聚乙烯自增强复合材料(PE-UHMW/PE-LD)不同损伤模式的声发射信号频率特征,通过对基体、单纤维复合材料、90°单向板+45°/-45°层合板的拉伸破坏,分别诱导产生基体损伤、纤维断裂、纤维/基体界面损伤和层间损伤的AE信号,并和非损伤AE信号(环境噪声、断铅模拟)频率特征进行对比。实验结果表明,非损伤AE信号和损伤AE信号之间均具有不同的峰值频率和频率分布特征。     

基于声发射技术的PE/PE层合板拉伸破坏机理分析

本文利用声发射技术,对PE/PE层合板拉伸破坏的声发射信号进行聚类和判别分析,考察了基本拉伸破坏形式的声发射特性和拉伸破坏机理.实验结果表明,大量细观破坏的复合发生、发展和累积造成材料的最终宏观断裂.从破坏过程的声发射信号分布来看,破坏过程的早期主要是来自界面和基体的细观破坏,信号数量大但破坏能量小,破坏过程的中期界面和基体破坏程度加剧,并伴随少量纤维断裂,破坏过程的后期主要是纤维的整体断裂,信号数量小但破坏能量大.     

2维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征

通过单向拉伸和分段式加载-卸载实验,研究了二维编织C/SiC复合材料的宏观力学特性和损伤的变化过程.用扫描电镜对样品进行微观结构分析,并监测了载荷作用下复合材料的声发射行为.结果表明:在拉伸应力低于50MPa时,复合材料的应力-应变为线弹性;随着应力的增加,材料模量减小,非弹性应变变大,复合材料的应力-应变行为表现为非线性直至断裂.复合材料的平均断裂强度和断裂应变分别为23426MPa和0.6%.拉伸破坏损伤表现为:基体开裂,横向纤维束开裂,界面层脱粘,纤维断裂,层间剥离和纤维束断裂.损伤累积后最终导致复合材料交叉编织节点处纤维束逐层断裂和拔出,形成斜口断裂和平口断裂.     

冲击损伤对CFRP层合板拉伸-渗漏性能的影响研究

复合材料对于各种冲击具有敏感性,当其受到一定的冲击后,在材料内部通常会发生如基体开裂、层间滑脱、基体挤压破坏、分层和脱层、纤维挤压变形以及纤维断裂等损伤,这些损伤对复合材料的性能影响很大.本文选用五类CFRP层合板试件,各个试件的相对体积孔隙率均不大于0.1％,低于其力学性能变化的临界值,可以忽略孔隙率对本试验的影响....     

风电叶片复合材料在三点弯曲过程中的声发射研究

为研究风电叶片复合材料损伤破坏的声发射特性以及复合材料的力学性能,对含有纤维预断试件和无纤维预断的完好试件分别进行了三点弯曲力学性能试验,并在加载过程中采用声发射检测仪实时监测整个损伤破坏过程。对采集到的声发射信号处理分析,便可获得风电叶片复合材料的弯曲力学性能和损伤破坏的声发射特性。试验结果表明:玻璃纤维复合材料在弯曲载荷作用下出现典型的破坏特征包括纤维断裂、纤维/基体脱胶和纤维分层。纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度达到2.5 V,频带分布在20~300 k Hz范围;无纤维预断试件的声发射信号波形最高幅度为0.07 V,频带分布在10~180 k Hz之间。     

开孔CFRP复合材料层合板的损伤解析和实验探究

采用解析计算和拉伸试验相结合的方法,对开孔CFRP复合材料板的孔边应力和损伤进行了研究。基于复变函数方法并结合Tsai-Hill失效准则,计算得到了层合板各单层的主应力分布和首次损伤载荷系数。为了测定层合板面内拉伸性能并对解析结果进行验证,基于ASTM D5766-07试验标准对CFRP层合板进行了拉伸试验。研究结果表明:当开孔CFRP层合板承受沿长轴方向拉伸载荷时,0°和±45°铺层为主承力层,且主应力σ1最大值出现在与孔中心成65°～115°和245°～295°范围内;各层最小首次损伤载荷系数出现在65°～115°范围内,其中,45°层和-45°层的损伤载荷系数最小;当载荷达到初始损伤载荷时,层合板开始出现内部损伤和参数退化;拉伸试验后CFRP复合材料板试件损伤的形式主要为基体开裂和纤维断裂,损伤的区域在孔周边61°～90°和241°～270°范围内,试验结果与解析计算结果基本一致。     

C/SiC拉伸强度与声发射演化的关联性

对平纹编织C/SiC复合材料样品拉伸破坏过程的声发射进行监测,采用基于改进遗传算法的无监督聚类方法对声发射信号进行模式识别,统计分析各类声发射模式的特征及其演化过程,结合断口分析,研究了C/SiC复合材料的拉伸强度、损伤机制与声发射信号演化之间的关系.结果表明:维断裂的声发射能量能够反映纤维/基体界面结合强度;低强度C...     

金属/复合材料柱壳胶接头扭转声发射行为

采用声发射技术对扭转加载作用下金属/玻璃纤维复合材料柱壳试件的破坏损伤全过程进行实时监测,通过实验方法与数值分析共同研究螺栓以及壳体尺寸对柱壳试件胶接接头损伤破坏的扭转特性及其声发射响应特征的影响。结果表明,柱壳试件的扭转加载曲线基本表现为线性,主要的失效模式为内聚破坏且伴随着纤维断裂和基体开裂。增大螺栓直径,能有效增强金属/玻璃纤维复合材料柱壳的抗扭性能。柱壳试件的损伤破坏与其声发射信号的相关参数相对应,较大螺栓直径的柱壳试件损伤破坏对应着较高的声发射幅度、相对能量、持续时间和较多的撞击累计数。因此,可将声发射信号的动态变化特征作为风电叶片叶根结构安全评估的重要依据。     

平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的力学性能及损伤演化

通过平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的拉伸、压缩和剪切的单向与循环加–卸载实验,分别研究了材料在拉伸载荷、压缩载荷和剪切载荷作用下的力学性能和损伤演化过程。结果表明:在压缩载荷作用下,材料的压缩性能下降很小,基体开裂,纤维界面脱粘和纤维束断裂为主要的失效机理;材料在拉伸和剪切载荷作用下,损伤演化过程有所区别。材料拉伸损伤演化经历损伤初始阶段、损伤加速阶段和损伤减缓阶段,为韧性断裂,损伤破坏主要表现为:基体开裂、横向纤维束开裂,界面层脱粘、层间剥离和纤维断裂;在剪切载荷作用下,经历损伤加速阶段和损伤减缓阶段,基体开裂、界面层脱粘和纤维断裂为主要的损伤机理,试样最后在最窄截面位置形成平断面。基于实验研究结果,采用回归分析方法,分别给出了材料在拉伸载荷和剪切载荷作用下损伤演化方程式。     

基于声发射检测技术的FRP复合材料损伤试验研究

用声发射技术研究了FRP复合材料的拉伸损伤与断裂行为,宽带传感器记录了不同纤维铺向的复合材料在拉伸破坏过程中的声发射信号.运用三维参数法,分析了FRP复合材料拉伸损伤的声发射特性,并对复合材料声发射信号的幅度进行统计分析,宏观上揭示了不同角度FRP复合材料拉伸损伤的发展、演化过程和规律.     

电热耦合作用对含预置损伤CFRP层合板剩余强度的影响

基于实验室自制电热耦合测试平台,获得含预置分层与预置纤维断裂碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板的表面电热温度场分布,并对不同电热耦合作用后的复合材料层合板试样进行了弯曲性能测试,结合失效模式分析,探究了电热耦合作用对含预置损伤CFRP层合板剩余强度的影响及作用机制。研究结果表明：不同的损伤形式对电热响应温度场存在明显影响;相比于完好试样,分层试样与纤维断裂试样的弯曲性能和树脂基体的性能更为相关,电热耦合作用导致的后固化效应对两类预置损伤试样的性能提升效果更为明显,缓解了由预置损伤导致的性能劣化。     

复合材料损伤过程声发射信号聚类分析与压缩变形测量

利用声发射(Acoustic Emission,简称"AE")和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")互补技术,实时监测单向玻璃纤维增强复合材料压缩试验,研究复合材料屈曲过程中的变形损伤与演化规律。选取AE信号的峰值幅度、峰值频率、质心频率和RA值四个特征参数,结合主成分分析法(Principal Component Analysis,简称"PCA")与k-means聚类算法对其进行聚类分析。结果表明:复合材料压缩损伤过程的AE信号大致可以分为三类,其特征频率变化范围分别为0~60 kHz、100 kHz~150 kHz和200 kHz~450 kHz,对应基体开裂、纤维脱粘与纤维断裂等三种损伤模式;表面位移场变化信息反映了复合材料试件变形与损伤的破坏特征。AE和DIC方法相结合能够有效监测复合材料压缩过程的损伤演化,可以为复合材料结构的健康监测提供参考。     

基体性能对芳纶Ⅲ纤维复合材料力学性能的影响

设计了三种环氧树脂基体,研究了基体性能对芳纶Ⅲ纤维复合材料力学性能的影响,对比分析了不同韧性的两种复合材料层间剪切破坏过程的声发射特性参数。结果表明:设计的R1、R2、R3三种树脂基体其韧性为R1R2R3;芳纶Ⅲ纤维复合材料层间剪切强度分别为49 MPa、44.8 MPa、40.1 MPa,层间剪切性能随树脂基体韧性的增加而增大;声发射实验表明,基体韧性增加,复合材料急剧损伤得到延迟,声发射事件数明显减少。     

碳纤维三维编织复合材料横向变形损伤声发射监测

利用声发射(Acoustic Emission,简称"AE")技术和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")方法,结合破坏断口形貌,研究三维五向编织复合材料横向拉伸状态下的变形与损伤规律,分析横向拉伸力学响应、表层变形场及声发射信号特征。结果表明:三维五向编织复合材料的横向拉伸极限载荷较小,力学曲线分线性和非线性两个阶段,破坏曲线为非线性,与横向拉伸破坏机理有关。撞击累计数的递增趋势能较好地反映材料的损伤演化过程。三维编织复合材料横向拉伸破坏断口沿纤维编织方向呈非平齐状,失效模式主要为基体开裂和纤维脱粘以及少量的纤维断裂。表面全场信息很好地反映了材料横向拉伸损伤演化特征,为三维编织复合材料结构健康监测提供了依据。     

二维机织碳纤维/碳化硅陶瓷基复合材料损伤分析

利用声发射技术全程监测二维机织C／SiC复合材料拉伸实验,通过声发射多参数分析法和断口显微观察,结合材料拉伸应力-变曲线,分析了二维机织C／SiC复合材料拉伸损伤演化过程和损伤机理。结果表明：材料拉伸损伤演化经历3个阶段：第一阶段为无损伤阶段,材料无损伤发生;第二阶段为损伤初始阶段．损伤主要为微裂纹开裂．并且微裂纹开裂基本上均匀发生在样品工作段;第三阶段为损伤加速阶段,损伤主要为宏观基体、界面开裂和纤维束断裂．井且集中发生在断口区域。损伤第二阶段与第三阶段的转换点在拉伸强度的76％左右,转换点的确定对二维机织C／SiC复合材料工程应用有重要意义。     

基于深度学习的平纹Cf/SiC复合材料原位拉伸损伤演化与断裂分析

为揭示平纹C_f/SiC复合材料的拉伸损伤演化及失效机理,开展了X射线CT原位拉伸试验,获得材料的三维重构图像,利用深度学习的图像分割方法,准确识别出拉伸裂纹并实现其三维可视化。分析了平纹C_f/SiC复合材料损伤演化与失效机理,基于裂纹的三维可视化结果对材料损伤进行了定量表征。结果表明:平纹C_f/SiC复合材料的拉伸力学行为呈现非线性,拉伸过程中主要出现基体开裂、界面脱黏、纤维断裂及纤维拔出等损伤;初始缺陷易引起材料损伤,孔隙多的部位裂纹数量也多;纤维束外基体裂纹可扩展至纤维束内部,并发生裂纹偏转。基于深度学习的智能图像分割方法为定量评估陶瓷基复合材料损伤演化与失效机理提供了有效分析手段。     

基于谐波小波包和支持向量机的风机叶片损伤识别研究

为了解决风机叶片损伤类型识别的问题,提出了一种基于谐波小波包和支持向量机相结合的声发射源识别方法。由叶片损伤产生的声发射信号经过4层谐波小波包分解后,提取各频段的能量作为特征向量构建支持向量机分类器,通过支持向量机判别叶片损伤类型。在对叶片损伤进行识别时,分别采用谐波小波包和Daubechies小波包分解声发射信号,并进行比较。实验结果表明,采用谐波小波包和支持向量机相结合的方法可以得到良好的识别效果。