研究單向帶與織物碳纖維增強樹脂基復合材料中孔隙的細觀特征,主要包括孔隙的分布特征、形貌、位置、面積和長寬比等。采用金相顯微鏡、掃描電鏡和超聲C-Scan檢測對不同孔隙率（0～5.0%）的復合材料層壓板進行觀測和表征,比較單向帶和織物層壓板中層中孔隙和層間孔隙的細觀特征,并采用統(tǒng)計分析的方法研究孔隙面積和孔隙長寬比隨孔隙率的變化趨勢。研究結(jié)果表明:受纖維分布的影響,單向帶層壓板和織物層壓板中孔隙有其各自的細觀特征,且隨孔隙率的增加呈現(xiàn)一定的規(guī)律,從細觀尺度上為孔隙率檢測評估和性能預測提供了更客觀、更符合實際的物理描述。 

【文章來源】：中南大學學報(自然科學版). 2020,51(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：13 頁

【部分圖文】：

熱壓罐固化的層壓板封裝示意圖

描述孔隙細觀特征的參量主要包括分布、位置、形貌、長寬比、面積等�？紫堆睾穸确较虻姆植继卣鞑捎媒鹣嘤^測，沿水平方向的分布特征采用超聲C-Scan成像檢測；位置指孔隙與材料組分的相對位置關(guān)系；形貌指孔隙截面的幾何形狀；長度l定義為幾何截面的最大尺寸，寬度w定義為垂直于長度方向的最大尺寸，長寬比定義為r=l/w，如圖3(a)所示；面積定義為孔隙的截面面積Ai，在ImageJ圖像處理軟件中設(shè)置合適的灰度閾值，使孔隙的成像灰度低于該閾值，樹脂和纖維等的成像灰度高于該閾值，從而將金相觀察圖轉(zhuǎn)化為黑白二值圖像，黑色的區(qū)域代表孔隙的面積，在100倍視場下設(shè)定標尺，將圖像像素點與實際物理尺寸相對應，通過ImageJ軟件計算每個黑色區(qū)域的像素點并自動轉(zhuǎn)化為面積，即單個孔隙的截面面積Ai，如圖3(b)所示，其中灰色和黑色僅為標識層間孔隙和層中孔隙，在實際的黑白二值圖像中孔隙均表示為黑色區(qū)域；沿層壓板厚度方向隨機選取1列(如圖2中C11～Cn1)，在1列×n行的觀察結(jié)果中統(tǒng)計孔隙總數(shù)k，則孔隙平均面積為，分析孔隙率平均面積和長寬比r隨孔隙率pv的變化趨勢。當視場與纖維方向平行時，有可能觀測到鋪層中的柱狀孔隙(如圖3(b)所示)，因其對孔隙長寬比和面積的統(tǒng)計結(jié)果影響較大，所以在統(tǒng)計時不考慮柱狀孔隙的軸向截面面積。圖3 織物和單向帶壓板中孔隙的微觀形貌截面示意圖

圖2 金相取樣示意圖為了比較相同孔隙率下單向帶和織物層壓板中孔隙面積的分布規(guī)律，在整個金相觀察截面中沿厚度方向隨機抽取1列×n行，以觀察到的所有孔隙面積為統(tǒng)計樣本，假設(shè)觀察到k個孔隙，每個孔隙面積為Ai,(i=1,2,?,k)，計算孔隙面積樣本數(shù)據(jù)的最大值max{Ai}和最小值min{Ai}，則樣本數(shù)據(jù)取值范圍R=max{Ai}-min{Ai}，選取組距為ΔA，所有樣本數(shù)據(jù)分組組數(shù)，計算Ai落在每個分組內(nèi)的頻數(shù)kj′,(j=1,2,?,c)，則樣本分組對應的頻率。以孔隙面積Ai為橫坐標，以頻率與組距的比值為縱坐標，繪制孔隙面積的頻率分布直方圖；令ΔA→0，即增加分組數(shù)，使各組的頻率fj趨近于總體在各組取值的概率(本文取組距ΔA=1μm2)，采用Gauss函數(shù)對孔隙面積Ai和頻率與組距的比值進行擬合，即可得到孔隙面積的概率密度分布曲線，擬合公式為


本文編號：3258025