【摘要】：碳纖維復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高,比剛度大,耐腐蝕,抗高溫及重量輕等優(yōu)良材料性能,廣泛應(yīng)用于高精尖科研領(lǐng)域和其他行業(yè)。但碳纖維復(fù)合材料在服役過程中,由于長期在惡劣環(huán)境中運(yùn)行,如承受的載荷,疲勞,蠕變,機(jī)械損傷等因素,都可能產(chǎn)生不可目視的內(nèi)部損傷,使碳纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能和使用壽命急劇下降,嚴(yán)重影響了使用性和可靠性。因此發(fā)展碳纖維復(fù)合材料損傷機(jī)理和性能預(yù)測的有效檢測和評價(jià)方法至關(guān)重要。本文以T700型碳纖維復(fù)合材料為研究對象,對實(shí)驗(yàn)試件進(jìn)行兩種實(shí)驗(yàn),加卸載實(shí)驗(yàn)與疲勞實(shí)驗(yàn),采用聲發(fā)射檢測技術(shù)和非線性超聲檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。分析加卸載實(shí)驗(yàn)過程中的費(fèi)利西蒂比和相對非線性系數(shù)之間的變化趨勢,將費(fèi)利西蒂比和非線性系數(shù)變化曲線與不同加載階段的對應(yīng)關(guān)系相互驗(yàn)證;在疲勞實(shí)驗(yàn)過程中,采集非線性超聲信號,分析相對非線性系數(shù)與加載周期之間的規(guī)律,為復(fù)合材料疲勞損傷過程的無損評價(jià)與檢測技術(shù)提供新的思路�；诤暧^損傷力學(xué),以單層層合板為研究對象,分析復(fù)合材料的力學(xué)性能特性;了解不同鋪層方式的復(fù)合材料疲勞損傷機(jī)理,并結(jié)合非線性超聲檢測技術(shù)基本原理,分析復(fù)合材料損傷過程的非線性效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制。對不同鋪層的復(fù)合材料加卸載實(shí)驗(yàn)過程中,運(yùn)用聲發(fā)射檢測技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測,得出費(fèi)利西蒂比隨載荷的變化曲線。綜合運(yùn)用聲發(fā)射參數(shù)分析和時(shí)域歷程分析,反映出損傷的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,對試件拉伸損傷不同階段的聲發(fā)射特性進(jìn)行分析。對不同鋪層的復(fù)合材料加卸載實(shí)驗(yàn)過程中,采用非線性超聲技術(shù)對不同加載階段進(jìn)行在線檢測,計(jì)算試件在不同載荷下的β值。結(jié)合聲發(fā)射費(fèi)利西蒂比變化趨勢,可以看出兩種鋪層方式的試件的相對非線性系數(shù)隨著載荷的增加呈現(xiàn)上升趨勢,費(fèi)利西蒂比隨著載荷的增加呈現(xiàn)下降趨勢,二者曲線的變化規(guī)律表現(xiàn)為一致性。其結(jié)果說明相對非線性系數(shù)可以表征材料中原先所受損傷或結(jié)構(gòu)缺陷的嚴(yán)重程度,可以作為試件靜力拉伸實(shí)驗(yàn)過程中損傷嚴(yán)重性的新的重要評定判據(jù)。通過不同應(yīng)力比下碳纖維復(fù)合材料疲勞試驗(yàn),分析了不同應(yīng)力比不同測量位置的相對非線性系數(shù)β隨加載周期的變化關(guān)系。采用高斯函數(shù)擬合和二次多項(xiàng)式擬合對以相對非線性系數(shù)β為參量的曲線進(jìn)行擬合,將所得擬合結(jié)果對比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,每種應(yīng)力比下,高斯擬合函數(shù)的相關(guān)性系數(shù)都大于二次多項(xiàng)式擬合函數(shù)的相關(guān)性系數(shù),這說明運(yùn)用高斯函數(shù)擬合對相對非線性系數(shù)與加載周期之間的關(guān)系的擬合效果更好。定義不同加載周期下β值與疲勞破壞時(shí)的βm值的比值為損傷因子D,利用損傷因子D表征材料疲勞損傷嚴(yán)重程度,擬建立T700型碳纖維復(fù)合材料非線性超聲量化評價(jià)方法。
【圖文】：

出現(xiàn)小鼓包；實(shí)驗(yàn)結(jié)果還說明三階相對非線性系數(shù)比二階相對非線性系數(shù)對蠕變損傷更加敏感，曲線增加的更加明顯[30]。Balasubramaniam 等人利用相同的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對純銅蠕變實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢測。并利用專業(yè)探測儀器對測試點(diǎn)周圍的空洞密度進(jìn)行測量，結(jié)果表明相對非線性系數(shù)與蠕變空洞密度之間存在函數(shù)關(guān)系，且呈指數(shù)函數(shù)變化[31]。1.3 聲發(fā)射檢測技術(shù)1.3.1 聲發(fā)射技術(shù)簡介當(dāng)材料承受外部載荷作用時(shí)缺陷或微觀損傷部位會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力集中達(dá)到一定的程度之后材料或結(jié)構(gòu)體產(chǎn)生形變，從而釋放應(yīng)變能產(chǎn)生瞬態(tài)應(yīng)力波，這種現(xiàn)象就是聲發(fā)射現(xiàn)象（英文全稱為 AcousticEmission，英文簡稱為 AE），也可以稱之為應(yīng)力波發(fā)射現(xiàn)象[32]。日常生活中，絕大多數(shù)材料都會(huì)有聲發(fā)射現(xiàn)象發(fā)生。但通常情況下聲發(fā)射信號頻率不在人耳接收頻率范圍內(nèi)，，所以我們需要借助于專業(yè)檢測儀器來對信號進(jìn)行接收。利用該檢測儀器實(shí)現(xiàn)聲信號的采集和分析，以此來評價(jià)缺陷的嚴(yán)重程度的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測技術(shù)，原理如圖 1.1 所示。

第二章 碳纖維復(fù)合材料力學(xué)損傷機(jī)理及非線性聲學(xué)表征方法其后界面結(jié)合處發(fā)生裂紋擴(kuò)展，層內(nèi)基體裂紋密度達(dá)到一個(gè)飽和狀態(tài)，即（CharacteristicDamageState-CDS），標(biāo)志著第一階段向第二階段的轉(zhuǎn)變；導(dǎo)的損傷模式為纖維斷裂，此階段損傷集中產(chǎn)生，出現(xiàn)大量纖維破壞，最強(qiáng)復(fù)合材料層合板失效破壞。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2626741