基于超聲的復(fù)合材料構(gòu)件疲勞損傷檢測與評價研究.pdf

1、復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)在服役期間會面臨復(fù)雜的載荷環(huán)境，其中反復(fù)作用的疲勞載荷容易使結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生損傷。損傷的累積會導(dǎo)致材料的剛度和剩余強度發(fā)生變化，并將嚴(yán)重影響構(gòu)件的使用壽命和安全系數(shù)。因此對復(fù)合材料疲勞損傷的檢測與評估對其結(jié)構(gòu)件的使用和維護都有重要意義。材料疲勞損傷的累積，也會引起超聲波聲速和超聲衰減系數(shù)的變化，本文在實驗測試的基礎(chǔ)上，采用超聲無損檢測的方法，對復(fù)合材料層合板的疲勞損傷進行檢測，并利用超聲波聲速和超聲衰減系數(shù)對疲勞損傷程度進

2、行評價，達到利用超聲對復(fù)合材料構(gòu)件的疲勞損傷進行在線、無損評估的目的。概括起來，本文主要研究內(nèi)容如下：
　　測試復(fù)合材料層合板準(zhǔn)靜態(tài)三點彎曲強度、彎曲模量、載荷-撓度曲線，并根據(jù)最大彎曲強度制定疲勞加載應(yīng)力水平。在不同應(yīng)力水平和不同加載頻率條件下對復(fù)合材料層合板進行三點彎循環(huán)加載測試，根據(jù)剛度退化曲線和撓度變化曲線以及最終破壞形態(tài)，分析漸進破壞過程所對應(yīng)的疲勞力學(xué)響應(yīng)與損傷機理。通過實驗發(fā)現(xiàn)，不同應(yīng)力水平和不同加載頻率條件下的剛度

3、退化曲線和撓度變化曲線都會出現(xiàn)明顯的三階段特征，并且應(yīng)力水平和加載頻率影響各階段所占整個疲勞壽命百分比及最終疲勞破壞形態(tài)。
　　將傳統(tǒng)超聲掃描與切片C掃描相結(jié)合，對含復(fù)合損傷的復(fù)合材料層合板進行了水浸超聲掃描成像檢測。在超聲C掃描底波幅值成像原理的基礎(chǔ)上，通過一次掃描，獲取不同層深位置的超聲反射信號進行切片C掃描成像，利用不同層深位置的切片C掃描圖像觀察材料內(nèi)部的損傷。實驗結(jié)果表明，利用超聲A、B、C掃描成像與切片C掃描成像相結(jié)合

4、的方法對復(fù)合材料中的復(fù)合缺陷進行多角度成像，能夠?qū)?fù)合材料內(nèi)部的復(fù)合損傷進行全方位的清晰顯示。
　　對不同疲勞損傷程度的復(fù)合材料層合板進行超聲切片C掃描成像實驗，提取疲勞損傷區(qū)域超聲信號，計算超聲波聲速和超聲衰減系數(shù)的值。計算結(jié)果表明:超聲波聲速隨著疲勞損傷程度逐漸降低，超聲衰減系數(shù)隨著疲勞損傷程度逐漸增加，超聲波聲速和超聲衰減系數(shù)隨疲勞損傷程度的變化規(guī)律呈現(xiàn)三階段特征，與疲勞損傷過程中剛度變化趨勢整體一致并且可以用來描述疲勞損傷