基于聲發(fā)射技術(shù)的濕熱環(huán)境下層狀復(fù)合材料分層失效機(jī)理研究.pdf

1、碳纖維樹脂基復(fù)合材料由于具有比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、壓力容器、風(fēng)力發(fā)電、船舶等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，復(fù)合材料失效機(jī)理復(fù)雜，包括纖維斷裂、基體開裂、界面脫粘和分層失效等，尤其是分層失效將嚴(yán)重降低復(fù)合材料的剛度、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性，給復(fù)合材料輕量化設(shè)計和實際應(yīng)用提出了較大挑戰(zhàn)。目前，國內(nèi)外發(fā)展了如聲發(fā)射、超聲、X射線等先進(jìn)的非破壞性檢測技術(shù)，其中聲發(fā)射技術(shù)由于具有動態(tài)監(jiān)測復(fù)合材料失效特性等優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)合材料領(lǐng)域應(yīng)用日益廣泛。

2、國內(nèi)外已經(jīng)開展了基于聲發(fā)射技術(shù)的復(fù)合材料失效機(jī)理研究，然而絕大部分研究均局限于單一物理場環(huán)境。由于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實際應(yīng)用時常常遇到高溫、濕熱等多物理場環(huán)境，失效機(jī)理更加復(fù)雜，相應(yīng)的復(fù)合材料聲發(fā)射測試技術(shù)和失效分析方法還不成熟，迫切需要開展相關(guān)基礎(chǔ)研究工作。
　　本文運(yùn)用聲發(fā)射技術(shù)，分別開展了碳纖維復(fù)合材料層合板在常溫、高溫和濕熱環(huán)境下的三點(diǎn)彎曲分層試驗和聲發(fā)射測試、以及分層聲發(fā)射信號分析方法研究。通過分析幅值、能量和計數(shù)等聲發(fā)射特征

3、參數(shù)的響應(yīng)規(guī)律，發(fā)展了上述環(huán)境下復(fù)合材料分層失效的聲發(fā)射信號分析方法，研究了加載方式、結(jié)構(gòu)尺寸、鋪層角度等因素對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分層失效機(jī)理和載荷響應(yīng)的影響規(guī)律。具體研究工作如下:
　　首先，針對兩種碳纖維樹脂基復(fù)合材料T700/8911（碳纖維/雙馬來酰亞胺樹脂）和T700/9916(碳纖維/環(huán)氧樹脂)，分別設(shè)計了含層內(nèi)和層間初始缺陷的復(fù)合材料試樣。發(fā)展了常溫、高溫和濕熱環(huán)境下復(fù)合材料Ⅰ/Ⅱ混合模式分層測試方法。
　　其次，開

4、展了常溫和70℃高溫環(huán)境下T700/8911復(fù)合材料試樣三點(diǎn)彎曲分層試驗和聲發(fā)射測試。通過分析載荷-位移曲線和聲發(fā)射信號特征參數(shù)如能量、幅值、計數(shù)等響應(yīng)規(guī)律，研究了加載方式、鋪層角度和初始分層裂紋尺寸等因素對復(fù)合材料分層失效機(jī)理、力學(xué)性能劣化機(jī)理以及分層阻抗曲線的影響。
　　最后，開展了常溫和濕熱環(huán)境下T700/9916復(fù)合材料試樣三點(diǎn)彎曲分層試驗和聲發(fā)射測試。通過分析載荷-位移曲線和聲發(fā)射特征參數(shù)響應(yīng)規(guī)律，并結(jié)合掃描電鏡(SEM