压缩载荷下复合材料分层损伤演化声发射监测及应变分析探究.pdfVIP

压缩栽荷下复合材料分层损伤演化声发射监测及应变分析 2015年9月 压缩载荷下复合材料分层损伤演化声发射监测及应变分析 吕智慧，刘 然，王雅瑞 ，周 伟 (河北大学质量技术监督学院，河北保定 071002) 摘要：通过单向玻璃纤维／环氧复合材料试件的单轴向压缩实验 ，结合声发射及应变电测技术，研究含直径分别为5ram 和 lOmm两种圆形分层复合材料损伤演化特性，并探讨 了试件的压缩损伤破坏过程。结果表明，在压缩载荷作用下，两类分层 直径试件的破坏路径基本一致，层间破坏机理相同。分层缺陷面积的大小对试件的承载能力有较大影响，分层缺陷面积越大， 试件的承载能力降低，试件的破坏程度加剧。载荷一纵向应变曲线 由线性变化到近似线性变化再到非线性变化的过程与声发 射信号分析结果较吻合 。 关键词：复合材料；分层损伤；压缩破坏；声发射 ；应变分析 中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号 ：1003-0999(2015)09-0024-05 纤维增强复合材料 以其优异的性能，广泛应用 料层合板在压缩载荷作用下的分层扩展过程 ，并应 于航空航天、军事、汽车、能源等诸多领域。由于玻 用三维渐进损伤分析和粘聚区模型方法模拟整个失 璃纤维／环氧复合材料受制造工艺等随机因素的影 效过程。但针对含分层单向玻璃纤维／环氧复合材 响，不可避免地产生分层、孔隙、纤维断裂等结构缺 料压缩破坏声发射监测及应变分析的研究涉及较 陷，这些缺陷在实际工作条件下，将加剧整体结构损 少，而这对玻璃纤维／环氧复合材料结构服役的可靠 伤的萌生、扩展与积累，最终导致其失稳破坏 ¨叫。 性及健康监测具有重要的意义。 分层为复合材料层合板失效 的主要损伤模式之 本文通过对单 向玻璃纤维／环氧复合材料试件 一 。 为此，对含分层缺陷复合材料结构力学性能 的单轴向压缩实验，应用静态应变电阻仪进行应变 及健康监测等方面的研究具有重要的现实意义。 测量 ，同时采用声发射技术实时监测并记录含 圆形 声发射检测对动态缺陷敏感，其通过接收结构 分层试件 的压缩过程中损伤的萌生与扩展过程 中产 缺陷萌生和发展过程 中发出的瞬态应力波，以声发 生的声发射信号。研究含直径分别为5mm和 10mm 射特征参量来记录并分析结构 内部损伤情况l6J。 两种圆形分层复合材料的力学性能及声发射信号响 电阻应变片适用性好、测量精度高，是常用的测量材 应特征，揭示不同面积分层损伤的破坏过程及不同 料应变的方法。FotouhiMohamad等¨利用声发射 分层大小对复合材料压缩力学性能的影响，为复合 技术动态监测纤维增强复合材料不同分层损伤模式 材料的结构健康监测和服役可靠性评估提供可靠的 的发展历程 ，并通过扫描电镜观察其损伤机制，研究 参考依据 ¨”J。 发现声发射技术能够很好地应用于复合材料实际损 伤的监测 。Niezrecki等 ¨应用数字 图像相关 、声发 1 实验部分 射 、压电等方法 ，对9mCX一100风力发 电机叶片进行 1．1 试件制备 缺陷检测 。SenthilK等 结合应变 、声发射等技术 将裁剪好的6层单 向玻璃纤维布 (ECW 600— 及有限元分析，检测并重现脱粘对碳纤维增强复合 1270，600g／m )整齐铺设在平板模具上，用厚度为 材料粘接接头的影响。姚学锋等 ¨通过实验过程 0．05ram，直径分别为 5ram和 10mm 的圆形聚四氟 记录的应变梯度分析了不同孔径的中心圆孔对玻璃 乙烯薄膜置于第 1层与第2层之间，模拟分层缺陷。 纤维增强复合材料强度 的影响。曹茂盛等 ¨通过 试验采用真空灌注成型工艺获得复合材料层板，固 动态