碳纤维复合材料破坏超声波检测.pdfVIP

维普资讯 ● 第7卷第4期 复 合 材 料 学 报 VoI．7 No．4 1990年 12月 ACTA M ATERIAE C0MPO 1TAE SINICA December 1990 碳纤维复合材料破坏的超声波检测 朱进生 冼杏娟 李传鼎 中国科学院力学研 究所 摘要 ：本文峙碳纤维增强复合材料0。、±45。和0。／9o铺层的无缺 口、有 直 边 缺 口、有 中 田孔和有 中，缺 口层扳 ，作 r静态拉仲试验矸 究 采用超声波扫描 成 象检测方法，检测 了碳／环氧复舍材料在不同加载 区域 内的拍伤分布厦损伤 程 度， 得到 了载荷—啪 伤程度 曲线和持料 内部缺陷分布的分层 图象。结果表 明：带有垂直 于载荷方 向直边缺 口的试件在受静态拉伸时，裂缝不是沿缺 口长度方 向作 自相似扩 展 ，而是沿纤维方 向的界面扩展，故 口基本上不影响试件无缺 口部分的承载能力； 对于带 中心缺 口的试件 ，首先 出现缺 口尖端 的界面分离，带 中心圆孔 的试件 损伤 从孔周开始 ，逐渐 沿纤维方 向扩展 。本文还分析 7试件的捐俦和破坏机理 。 一 、 引 言 碳纤维增强复合材料是由纤维 基体和界面等几个方面组成的，其细观构造是一个复杂 的受力结构 ，而且是不均匀的和各向异性舶 因此 ，复合材料的设计、研制和使用都与力学 密切有关 ，它的破坏机理和破坏模式要比金属材料复杂得多。它在加工和使用过程 中出现的 缺陷 ，也比金属材料要多 。它的破坏与纤维，基体和界面的性能、粘结状况、纤维的铺设方 向和次序以及加载条件等有关 。研究复合材料在不同载荷 ，不同铺层与不同缺 口情况下的内 部结构和损伤 ，需要采用有效的试验和分析方法 ，来评定复合材料的损伤和破坏 。检测复合 材料的破坏 ，用常规的机械和物理实验方法 已不能满足要求，需要采用高技术测试方法。采 用云纹法 、红外热象法等无损检测方法只能检测试件的表面情况，而采用超声波无损检测法 却可监测材料 内部的缺陷和破坏情况 ，确定损伤的分布和程度 。它是 由探伤仪发射超声波， 被测材料中的缺陷将超声波反射回来 ， 反射波的有无及反射波的强弱来判断缺陷的有无及 严重程度，由反射信号在探伤仪萤光屏上的位置 ，来确定缺陷的深度 。再把该信号送到图象 处理器进行图象处理，可得到材料内部缺陷的分布图象 国外在这方面 已做 了不步工作(I)， 研制出各种超声成象系统 在 国内，这方面的工作开展得还较少。为了有效而又可靠地使用 复合材料 ，充分发挥它的优越性，为结构设计提供可靠依据，研究复合材料内在损伤的超声 扫描检测方法 ，评定复合材料的破坏是非常必要的和很有意义的。 本文I980年7月收到 ．国家 自然科学基金资助项 目 维普资讯 复 台 材 料 学 报 第T卷 本文对多种铺层 [O [±45。]和[0。／9o。]的无缺 口和有直边缺 口， 以及有中心 缺 口、 中心圆孔等碳／环氧复合材料层板，进行静态拉伸试验 用超声波扫描检测方法，研究碳／环 氧复合材料在不同加载区域 (线性区、非线性区、稳定扩展区和不稳定扩展区)的损伤状况 及损伤发展过程 以评定复合材料的破坏。 二 、试件与试验方法 试验材料为碳／环氧复合材料 ，碳纤维含量为60弼，先经热压工艺制成层板，然后 加 工 成长条 形试什，按照材料组分 ，工艺、铺层和几何尺寸的不同，分为B，C二类 ，每类 中有 带双边缺 口 (B --D)、带 中心圆孔 (BI—H)及带中心缺 口 (CⅣ一C)等共 五种 试件 试件的缺 口在