CFRP復(fù)合材料二維RVM分級(jí)優(yōu)化與孔隙三維形貌重建.pdf

1、超聲衰減法是目前碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP，Carbon Fibre Reinforced Plastics)孔隙率無(wú)損檢測(cè)最為常用的方法，已有眾多國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)孔隙的超聲散射衰減問(wèn)題建立了模型，而模型能否對(duì)孔隙形貌和分布進(jìn)行合理地描述是建模的關(guān)鍵，大多數(shù)模型都基于彈性各向同性介質(zhì)理論，假設(shè)孔隙形狀規(guī)則且均勻分布，理論預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果只在特定頻率下符合較好。本課題組根據(jù)隨機(jī)介質(zhì)理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，將CFRP基體視為具有平均特性的背景介質(zhì)，

2、將孔隙視為這種背景介質(zhì)上的微小隨機(jī)擾動(dòng)，利用平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程以及自相關(guān)長(zhǎng)度、粗糙度因子、擾動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差等參數(shù)加以描述，建立了二維隨機(jī)孔隙模型(RVM，Random Void Model)，與以往模型相比，孔隙形貌模擬結(jié)果及超聲衰減理論預(yù)測(cè)結(jié)果都比較好，但是目前該模型還存在一些不足:①用該方法針對(duì)孔隙尺寸離散度大的樣品建立二維RVM時(shí)，無(wú)法同時(shí)兼顧大孔和小孔，會(huì)造成大孔信息的丟失;②目前的RVM是二維的，而真實(shí)材料是三維的，導(dǎo)致理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、之間存在較大偏差。本文主要包括兩方面的內(nèi)容:CFRP復(fù)合材料二維RVM優(yōu)化和孔隙三維形貌重建。
　　針對(duì)孔隙率P=4.08％、孔隙長(zhǎng)度L變化范圍5～217um、尺寸離散度大的樣品，將孔隙分為兩級(jí)，L＜50μm的孔隙定為1級(jí)，L≥50μm的孔隙定為2級(jí)，對(duì)各級(jí)別孔隙分別建模并疊加，得到樣品的隨機(jī)孔隙模型。建模結(jié)果中較大的孔隙和大量微小孔隙都得到了體現(xiàn)，孔隙的尺寸分布與真實(shí)情況更為接近。分級(jí)建模結(jié)果可以更好地對(duì)孔隙形貌進(jìn)行描述，擴(kuò)大了

4、二維RVM的適用范圍。
　　針對(duì)單向CFRP層壓板，借助超聲C掃描選出衰減系數(shù)變化范圍2.49～4.42dB·mm-1、孔隙率變化范圍0.88％～3.04％的5個(gè)區(qū)域，使用金相法對(duì)每個(gè)區(qū)域獲得各102層連續(xù)切片，，基于連續(xù)切片對(duì)孔隙的三維形貌進(jìn)行了重建。觀察重建結(jié)果發(fā)現(xiàn)，孔隙沿著纖維方向的尺寸較大，呈根須狀，主要分布在纖維鋪層層間界面上，形貌較為復(fù)雜，存在分叉現(xiàn)象。其中2號(hào)和10號(hào)區(qū)域的孔隙呈彌散狀在區(qū)域內(nèi)大范圍分布，這種分布特征