利用聲發(fā)射（Acoustic Emission,簡(jiǎn)稱"AE"）技術(shù)和數(shù)字圖像相關(guān)（Digital Image Correlation,簡(jiǎn)稱"DIC"）方法,結(jié)合破壞斷口形貌,研究三維五向編織復(fù)合材料橫向拉伸狀態(tài)下的變形與損傷規(guī)律,分析橫向拉伸力學(xué)響應(yīng)、表層變形場(chǎng)及聲發(fā)射信號(hào)特征。結(jié)果表明:三維五向編織復(fù)合材料的橫向拉伸極限載荷較小,力學(xué)曲線分線性和非線性兩個(gè)階段,破壞曲線為非線性,與橫向拉伸破壞機(jī)理有關(guān)。撞擊累計(jì)數(shù)的遞增趨勢(shì)能較好地反映材料的損傷演化過程。三維編織復(fù)合材料橫向拉伸破壞斷口沿纖維編織方向呈非平齊狀,失效模式主要為基體開裂和纖維脫粘以及少量的纖維斷裂。表面全場(chǎng)信息很好地反映了材料橫向拉伸損傷演化特征,為三維編織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)提供了依據(jù)。 

【文章來源】：復(fù)合材料科學(xué)與工程. 2020,(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

試件及傳感器布置示意圖

圖8為三維五向編織復(fù)合材料試件沿加載方向的應(yīng)變場(chǎng)分布圖,由圖8可以看出,在復(fù)合材料試件橫向拉伸過程中,相同的載荷增量,隨載荷的增加,最大拉應(yīng)變分別為0.003010 ε、0.1280 ε、0.002290 ε,最大拉應(yīng)變呈現(xiàn)一個(gè)先增加后減小的趨勢(shì),最終試件損傷在拉應(yīng)變?yōu)?.002290 ε的位置。加載初期,載荷較小時(shí),試件應(yīng)變集中區(qū)域大體在試件表面呈現(xiàn)點(diǎn)狀均勻分布,此時(shí)試件為切割后的試樣,進(jìn)而在微小載荷作用下,出現(xiàn)了邊緣部分的基體開裂及邊緣纖維的松散化。隨著載荷的增加,復(fù)合材料試件表面高應(yīng)變區(qū)域沿纖維編織方向呈現(xiàn)帶狀分布,基體開裂損傷累積,編織紗與試樣切割交界處的軸向紗與編織紗的緊密程度下降,逐漸散開,發(fā)生部分界面脫粘。加載后期,試件全場(chǎng)應(yīng)變呈現(xiàn)非均勻分布,其原因可能是三維編織復(fù)合材料試件中纖維編織方式的復(fù)雜性及其在橫向拉伸過程中同時(shí)受到較大的擠壓應(yīng)力和拉伸應(yīng)力。破壞末期,由于裂紋的擴(kuò)展及大范圍的纖維脫粘,試件出現(xiàn)了大規(guī)模的應(yīng)變集中區(qū)域,隨著載荷達(dá)到峰值而完全失效。由此可以看出由DIC方法得到的試件表面位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)較為清晰地反映了試件的損傷破壞特征。3 結(jié) 論

在橫向拉伸實(shí)驗(yàn)中,使用CMOS相機(jī)對(duì)不同載荷狀態(tài)下的三維編織復(fù)合材料試件表面散斑圖像進(jìn)行采集,采集速率為2幀/s。通過DIC方法計(jì)算得到試件表面的位移場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng),從而來評(píng)估三維編織復(fù)合材料試件橫向拉伸過程中的損傷特征。圖7為試件水平方向和加載方向的位移場(chǎng)分布,其中u為試件沿水平方向的位移場(chǎng)分布,v為沿加載方向的位移場(chǎng)分布。由圖7可知,當(dāng)載荷從0.227 kN增加至0.287 kN,從0.347 kN增加至0.407 kN,從0.467 kN增加至0.527 kN時(shí),加載方向位移場(chǎng)大體沿纖維編織方向呈鋸齒帶狀分布,對(duì)于相同的載荷增量,試件加載方向和水平方向的位移場(chǎng)隨載荷增加呈現(xiàn)一個(gè)先增加后減小的變化趨勢(shì),且加載方向的位移遠(yuǎn)大于水平方向的位移。從圖7(a)可以看出,在加載初期,試件加載和水平方向的位移變化量均較小,與試件加載初期聲發(fā)射能量較低且AE信號(hào)較少一致。由圖7(b)可知,在0.347 kN增加至0.407 kN的過程中,試件加載方向和水平方向的位移場(chǎng)分布大體為同色,并無差異分布,表明試件的一小部分有一個(gè)整體上移,這可能與復(fù)合材料試件基體表面開裂行為有關(guān)。由圖7(c)可知,在0.467 kN增加至0.527 kN的過程中,水平方向位移場(chǎng)存在位移為0.2566 μm的較大不規(guī)則區(qū)域,表明試件將要失效。圖7 試件水平方向位移場(chǎng)和拉伸方向位移場(chǎng)


本文編號(hào)：3298498