碳纤维编织复合材料拉伸变形测量及声发射监测

采用声发射和数字图像相关互补技术,结合破坏断口微结构特征,研究碳纤维编织复合材料的损伤变形与失效机理。在复合材料试件拉伸加载的同时,实时获取变形特征和损伤声发射信号,分析复合材料力学响应与位移场、声发射特征的关系。结果表明,复合材料试件实时拉伸位移场、损伤破坏过程的声发射相对能量、撞击累积数及幅度等特征参数反映了复合材料表面变形与内部损伤演化过程。复合材料试件断裂时出现较多高持续时间、高幅度、高相对能量的声发射信号,宏观断口平齐,表现为脆性断裂。     

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.     

碳纤维复合材料弯曲损伤的声发射试验研究

采用声发射技术研究了碳纤维复合材料的弯曲损伤与破坏行为。实验结果表明,碳纤维铺层在损伤与断裂不同阶段所释放的声发射信号特征不同,声学检测能有效的监测其剪切分层,混合分层,张力分层过程,声发射检测能有效判断碳纤维复合材料内部活动过程,判定损伤类型,在碳纤维复合材料结构与完整性评价中有良好的应用价值。     

FRP复合材料拉伸过程的声发射特性实验研究

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FRP复合材料试样在拉伸破坏过程中的声发射信号,运用声发射参数分析方法对单向FRP复合材料的声发射历程图进行分析,得出复合材料在拉伸过程中的损伤类型以及各损伤阶段所呈现出来的特性。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。     

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...     

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。     

复合材料胶接修补界面损伤演化声发射监测

利用声发射技术实时监测四点弯曲载荷作用下含纤维断裂玻璃纤维增强复合材料胶接修补后试件的损伤演化过程,结合声发射信号统计分析方法,研究贴补片尺寸对修复效果的影响。结果表明,弯曲载荷作用下,两类贴补修补试件破坏模式均以贴补界面开裂为主,随着胶接修补贴补面积的增加,试件失效载荷呈增大趋势。贴补修补片长度为90mm时,其破坏载荷约为未修补试件破坏载荷的2倍。修补试件损伤破坏过程与对应声发射特征表现出良好的相关性,声发射信号统计性描述方法能够有效用于评估胶接修补复合材料试件的微损伤演化行为。     

碳纤维编织复合材料损伤变形与破坏实验研究

通过对碳纤维编织复合材料的拉伸实验,利用声发射技术(Acoustic Emission,简称"AE")和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")方法研究碳纤维复合材料的损伤演化规律。通过采集试件在拉伸过程中的声发射信号、损伤变形与应变场信息,分析碳纤维编织复合材料的力学加载、变形场和声发射特征参数的关系。结果表明复合材料的位移场、应变场信息以及AE信号特征参数能良好地描述复合材料在拉伸状态下的损伤累积和破坏过程。在加载前期,以40~60 dB低幅度信号为主;随着载荷增加,撞击累计数急剧升高,高幅度、高持续时间信号增多。通过DIC测得的位移场和应变场信息,发现对于相同的载荷增量,加载方向的位移和最大拉应变呈先增加后减小的趋势。     

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.     

Q345R常温拉伸过程的声发射特性及位置熵研究

对Q345R在常温下的拉伸过程进行了声发射监测,把试件拉伸过程的力学过程以及内部损伤情况与声发射信号的撞击数和累积能量相关联,得到Q345R在拉伸过程中的声发射特性。通过计算声发射事件的位置熵值,对Q345R在拉伸过程中的损伤情况进行了定量描述,得出了拉伸过程中不同应力状态下位置熵值的变化规律。     

复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏声发射监测

利用声发射技术实时监测复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏的全过程,研究了不同胶接长度的复合材料胶接头破坏的力学性能以及声发射信号响应特征。结果表明,界面破坏是复合材料胶接头的主要破坏模式,胶层边缘的应力集中导致整个胶层的破坏。缺胶缺陷降低了复合材料胶接头的承载能力。声发射信号的相对能量、幅度和撞击累计数与试件损伤破坏的过程相对应,因此,声发射信号的动态特征可为风电叶片胶接头的无损检测和健康监测提供依据。     

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。     

基于AE的碳纤维复合材料圆管轴向压缩性能研究

采用声发射技术对碳纤维复合材料圆管轴向压缩加载过程进行监测和记录,对压缩过程中的累积事件计数、能量、峰值频率和幅值等声发射特征参数进行了分析,结合压缩载荷曲线,研究了碳纤维复合材料圆管在轴向压缩载荷下的损伤过程和破坏模式。结果表明,声发射的典型特征参数可以与时间-载荷曲线的变化规律较好地对应,声发射信号的变化能反映不同破坏阶段的损伤形式以及不同种类试样的破坏特征,对于研究碳纤维复合材料圆管的轴向压缩性能具有参考价值。     

复合材料波纹褶皱区域损伤变形测量及声发射监测

对含波纹褶皱缺陷的玻璃纤维单向复合材料进行压缩试验,结合声发射(Acoustic Emission,简称"AE")和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")互补技术,研究复合材料波纹褶皱区域的损伤变形与演化规律。在复合材料试件压缩加载的过程中,采集波纹褶皱区域损伤变形场、应变场信息和实时声发射监测信号,分析复合材料压缩力学响应行为与缺陷区域变形场、应变场以及声发射信号特征之间的对应关系。结果表明:波纹褶皱会严重影响复合材料的力学性能,通过分析声发射信号,发现随着波纹褶皱宽高比减小,复合材料的力学性能呈现降低的趋势;当波纹褶皱宽高比一定时,随着波纹褶皱高度不断增加,复合材料的力学性能呈现降低的趋势。通过DIC测得的应变场与位移场信息,发现对于相同的载荷增量,最大应变呈增加趋势,且波纹褶皱宽高比越大应变增幅越大;越趋近于褶皱中部,水平位移越大,加载方向位移与试件失稳破坏位置有关,接近破坏区域的加载方向位移大。损伤区域位移场和应变场清晰地反映了玻璃纤维复合材料的损伤变形特征。     

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。     

岩石微观能量演化与宏观力学行为的关联研究

通过三轴应力条件下大尺度岩石破坏声发射试验,得到了三类岩石(花岗岩、砂岩、大理岩)破坏全过程力学特征和声发射特征.试验过程中记录到大量的声发射信息,能够反映岩石试件内部每一个损伤(微裂纹)发生的时间、地点和强度.通过声发射速率过程理论分析,导出声发射累积能量释放的表达式,该表达式反映了岩石破坏过程中的损伤演化状况.此外,对三类岩石的损伤本构行为进行了研究.结果表明,该理论计算模型可以反映岩石类脆性材料的损伤本构行为,进而对其宏观力学行为进行描述.     

复合材料单搭接胶接头破坏声发射监测

采用声发射技术对单向拉伸载荷作用下复合材料单搭接胶接头的剪切破坏试验进行实时监测的方法,研究搭接长度对单搭接胶接头损伤破坏的影响规律及其相应的声发射响应特征。结果表明,随搭接长度的增加,引起单搭接胶接头的受力不均匀性增加,损伤易发生在胶层边缘应力集中区域,胶接头承载能力不断上升的同时,平均剪切应力逐渐降低;胶层边缘应力集中更明显,从而出现较多的声发射信号,且幅度在60~80 dB的声发射信号明显增多,声发射撞击累积数有上升趋势。声发射相对能量、幅度分布等声发射信号与胶层的损伤破坏过程相对应。     

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。     

声发射技术在复合材料机身框静力试验中的应用

声发射(AE)技术是一种新型在线、动态无损检测技术,适用于各种材料和结构的损伤识别。为满足复合材料机身框架对接结构在静力试验过程中的在线监测要求,本文采用了声发射(AE)技术对其进行全程监测。通过分析试验过程中采集到的声发射信号和应变响应,文章研究了复合材料机身框架对接结构在静力试验过程中的损伤演化过程。结合应变结果,利用声发射幅值、累积能量等声发射特征参数,文章得出了试验件在静力试验过程中历经的5个不同损伤阶段和相应的损伤类型。     

小波分析在复合材料声发射信号特征研究中的应用

在综合描述复合材料声发射信号特征和小波变换基本原理的基础上,本文总结了小波变换在声发射信号分析中的研究进展,并重点描述小波变换对复合材料破坏过程中声发射信号的特征提取、时频分析和信号除噪及声源定位方面的研究,提出了小波变换在声发射信号分析应用中需要进一步解决的问题。