复合材料机身曲板静力试验声发射监测研究

飞机机身曲板静力试验对于飞机静强度设计及验证至关重要,本文选取某型飞机复合材料机身曲板静力试验平台,利用声发射监测复合材料机身曲板在压缩剪切复合载荷下的裂纹萌生和裂纹扩展,综合采用撞击数分析、幅值分析和能量分析等多参数分析技术,结合波形分析技术和基于空间滤波的面定位分析技术,分析了复合材料机身曲板静力试验中的声发射信号,详细分析了裂纹萌生的起始位置和裂纹扩展过程中的损伤演化过程,为某型飞机机身曲板静强度设计及验证提供数据支持,其结果具有重要参考价值和指导意义。     

声发射在纤维增强聚合物基复合材料中的应用进展

综述了近年来声发射(AE)技术应用于监测纤维增强聚合物基复合材料力学性能的研究进展。分析了聚合物基复合材料AE技术检测原理及特性,并总结了AE技术在分析玻璃纤维、碳纤维、其他传统纤维以及植物纤维增强聚合物基复合材料损伤、断裂过程中的应用。结合AE技术在监测纤维增强聚合物基复合材料力学性能中存在的问题对其研究趋势进行了展望。     

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。     

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。     

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。     

尾矿砂改性混凝土的强度与声发射损伤特征研究

为了研究尾矿砂改性混凝土的受压损伤特征,对4组不同磷矿尾矿砂取代率的混凝土进行了单轴压缩-声发射监测试验。根据混凝土受压损伤时所释放的声发射(AE)信号,定量探讨了材料的损伤程度,并以AE指标为基础分析了混凝土损伤演化特征。结果表明:混凝土的应力-应变曲线可分为弹性变形、塑性变形、断裂破坏和残余变形4个阶段;随着尾矿砂含量增加,混凝土的抗压强度先增加后保持稳定,尾矿砂取代率为30%(质量分数)的改性混凝土峰值抗压强度最大;由AE信号提出了损伤因子,损伤因子-应变曲线表明普通混凝土的结构损伤主要在塑性变形阶段,而尾矿砂改性混凝土的结构损伤集中在塑性变形和断裂破坏阶段;一定比例的磷矿尾矿砂有助于提高水泥砂浆的密实度,从而增强抗压强度和变形性能。这为尾矿砂改性混凝土的研究提供了重要参考。     

超细粉煤灰对桥梁混凝土单轴压缩损伤特征的影响分析

为了研究粉煤灰取代率对桥梁混凝土损伤特征的影响,对取代率分别为0、5％、10％和15％的4组混凝土进行了单轴压缩试验,采用声发射(AE)技术混凝土损伤特征进行动态分析.根据桥梁混凝土受压损伤时所释放的声发射信号,定量探讨了材料的损伤程度,并以声发射指标为基础建立了损伤演化曲线.结果表明:混凝土单轴压缩的应力-应变曲线可...     

三维编织复合材料拉伸损伤声发射监测与显微CT表征

为了准确评估碳纤维三维编织复合材料力学行为及损伤特性,利用声发射技术对复合材料的拉伸损伤过程展开实时监测,并基于概率熵统计分析方法研究材料损伤演化所产生声发射信号的动态响应行为。此外,采用显微CT扫描技术对复合材料的内部损伤状态进行可视化表征。结果表明,声发射信号的特征能够很好地反映复合材料的破坏过程,声发射信号概率熵的演变描述了复合材料内部不可逆的损伤与失效机制。声发射结合显微CT技术能够有效地获取三维编织复合材料内部不同截面上的微观结构及其损伤特征,为该类复合材料的无损检测与寿命评估提供技术支撑。     

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。     

EVAC拉伸损伤过程的声发射特性研究

采用声发射(AE)参数分析和数据聚类、判别分析技术研究了乙烯-乙酸乙烯酯塑料(EVAC)拉伸损伤过程,确定了EVAC拉伸损伤过程中不同损伤阶段的AE特性,并对不同损伤类型的AE特征进行了表征.     

热-力耦合作用下混凝土劣化特性及其损伤本构模型的研究

为研究热-力耦合作用下混凝土损伤特性,对预设30％极限应力的混凝土进行实时升温至800℃,而后进行单轴压缩试验,并利用AE21C声发射检测仪进行全程监测.研究发现:400℃后C-S-H凝胶的高温脱水和Ca(OH)2的分解对于混凝土在热-力耦合作用下升温过程中性能劣化影响较大;在750℃后混凝土自身劣化严重导致热应变下降.通过对比掺入聚甲醛纤维、钢纤维及聚甲醛纤维与钢纤维混杂的混凝土热应变,发现掺入纤维以后可以有效的降低混凝土因温度产生的热膨胀应变.其中,聚甲醛纤维与钢纤维混杂混凝土热应变最小.同时利用声发射参数对试验加载段混凝土的损伤程度进行表征,建立了与试验结果较为吻合的损伤本构模型.     

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。     

PE纤维胶丝束拉伸损伤过程的声发射特性研究

研究了聚乙烯(PE)纤维胶丝束拉伸损伤过程中的声发射(AE)特性,确定了PE纤维胶丝束拉伸损伤过程中不同损伤阶段的AE特性,得到了不同损伤类型的AE参数特征。研究发现,判定PE纤维胶丝束失效的依据是出现幅度大于90 dB、持续时间大于1042μs的AE信号。     

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.     

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。     

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。     

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。     

SAP内养护混凝土断裂过程声发射特性

基于三点弯曲试验，研究了高吸水性树脂(SAP)混凝土缺口梁在不同加载速率下的损伤特性。采用声发射(AE)技术监测断裂损伤过程，通过荷载-裂缝张开口位移(P-CMOD)曲线计算峰值能量和累积能量的变化，采用RA-AF关联分析法对缺口梁损伤时释放的AE信号进行了损伤模式分析。试验结果表明：随着加载速率的增加，SAP混凝土强度增加，拉伸型裂缝的比例显著降低；而随着SAP含量的提升，相同加载速率下SAP混凝土的强度降低，拉伸型裂缝的比例呈先增加后降低的趋势，适当的SAP可以增加拉伸型裂缝的比例。研究结果可为SAP混凝土在工程中的实际应用提供参考。     

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。