三维编织复合材料压缩损伤声发射特性分析.pdf
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1、第2 7 卷第2 期 2 0 0 6 年2 月 纺织学报 J o u m a l0 f7 r e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 2 F e b 2 0 ( ) 6 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 2 0 0 2 0 一0 5 三维编织复合材料压缩损伤声发射特性分析 万振凯,李静东 ( 天津工业大学网络中心,天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要论述了声发射技术在三维编织复合材料压缩过程中的应用及实验方法,给出了声发射在三维编织复合材 料中压缩过程的特征。结果表明,声发射参数可描述复合材料在不同情况下内部变形的损伤
2、机制。表面编织角是 影响三维编织复合材料力学性能的主要参数,编织角小于3 0 0 ,三维编织复合材料具有较好的压缩性能;编织角大 于4 0 0 ,三维编织复合材料压缩力学性能明显降低。为分析复合材料的力学性能,改善材料复合工艺提供理论 基础。 关键词三维编织复合材料;声发射;最小二乘法;模量;表面编织角 中图分类号:佟1 0 1 2文献标识码:A F e a t l l r eo fa c o 吣t i ce m i s s i o na n df 酬【u r ea 瑚崎s i sf o rt h r e e - d i I n e 璐i o I 谢 b r a i d e dc O m p
3、o s i t em a t e r i a lu n d e rc o m p r e 霸i v el 的d W A NZ h e n k a i ,UJ i n g d o n g ( 他加矾c e n 加,z 钯,咖P o 枷砒n 面毋,彬,l3 0 0 1 6 0 ,仍i M ) A b s t m c tT h i sp 印e rd e s c r i b e st 王l e 印p l i c a t i o na n de x p e r i m e n t a lr n e m o d0 fa c o u s t i ce r n i s s i o n ( A E ) f o
4、rt h r e e d i m e n s i o n a l ( 3 一D ) b m i d e dc o m p o s i t e 啪t e r i a lu n d e rc o m p r e s s i v ef a t i g u el o a d i n ga n dp r e s e n t st h ef e a t u r e so f a c o u s t i ce I l l i s s i o n d u r i n gc o m p r e s s i v et e s tp r o c e s sf o r t h r e e d i m e n s i
5、o n a lb m i d e dc o m p o s i t em a t e r i a l T h e e x p e r i m e n tr e s u h ss h o wt h a tt h eA Ep a 您I n e t e r sc a I le l a b o m t et h ef a i l u r em e c h a n i s mo fi n n e rd e f o n I l a t i o no ft 1 1 e t h r e 争d i m e n s i o n a lb r a i d e dc 啪p o s i t eI I l a t e r
6、 i a lu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s es u 血c eb r a i d e da r I g l ei sa n i m p o r t a n tp a r a m e t e r 甜f e c t i n gt h em e c h a J l i c a lp m p e r t i e so ft h et h r e e d i m e n s i o n a lb r a i d e dc o m p o s i t em a t e r i a l w h e nt h eb r a i d e da n d
7、ei sl e s st l l a n3 0d e g r e e ,i th a sb e t t e rc o m p r e s s i V ep m p e r t y ;a I l dw h e nt h eb I a i d e da n g l e i sl a r g e rt h a n4 0d e g r e e ,i t sc o r n p r e s s i V ep m p e r t ys h o w sr e m a r k a b l yd e c l i n e d 1 1 1 er e s e a r c hh a sp m V i d e da t h
8、 e o r e t i c a lb a s i sf o rm e c h a n i c sa n a l y s i sa I l dt e c h n i q u ei m p r o V e I n e n to ft h ec o m p o s i t em a t e r i a l K e yw o r d s t h r e e - d i m e n s i o n a lb m i d e dc o m p o s i t em a t e r i a l ;a c o u s t i ce I I l i s s i o n ;1 e a s t s q u a r
9、 ea l g o r i t l m ; l o d u l e ;s u r f ;屺eb I a i d e da n g l e 三维编织复合材料是由三维编织预制件增强的 一种新型的复合材料。复合材料三维整体编织技术 是2 0 世纪8 0 年代发展起来的高新纺织技术,它具 有异形件一次编织成型、结构不分层、强度高、耐烧 蚀、整体性能好和结构设计灵活等特点,因而这种复 合材料的结构形式倍受关注。在国外,三维整体编 织技术已经在航天、航空、交通、化工、体育、医疗等 领域得到了广泛的应用,因此,对三维编织复合材料 的力学性能进行分析具有重要意义。 近年来,随着声发射技术的发展,声发射技术用
10、于复合材料的监测取得了较大进展,与超声、涡流等 方法相比,声发射具有实时连续、灵敏度高、操作简 便等优点,因此在材料研究方面的应用越来越多,成 为一种新的热门技术。对于三维编织复合材料,可 以利用声发射技术分析,研究其内部状况,评价其力 学性能。 复合材料的声发射研究在2 0 世纪7 0 年代开始 于美国,2 0 世纪8 0 年代在法、日、英等国得到迅速 收稿日期:2 0 0 5 0 4 2 9修回日期:2 0 0 5 一0 8 一0 5 基金项目:天津市自然科学基金资助项目( 0 4 3 1 1 ) ;教育部基金资助项目( 0 3 0 0 8 ) 作者简介:万振凯( 1 9 6 4 一) ,
11、男,教授,博士。主要研究领域为三维复合材料计算机的检测技术等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第2 期万振凯等:三维编织复合材料压缩损伤声发射特性分析【2 1 】 发展,大部分工作都是在树脂基复合材料中进行的, 在三维编织复合材料中的应用还处于起步阶段,国 外只有少量报道拉0J 。 声发射检测与无损检测相比,具有动态、实时的 特点。由于材料中缺陷的发展是不可逆的,所以声 发射也是不可逆的。因此,声发射测试仪器应具有 较高的记录速度和连续检测的可靠
12、性,通过有限的 记录取得正确的缺陷发展信息,声发射信号的幅值 决定于材料缺陷发展变化的速率,而不决定于缺陷 本身的尺寸f 4 。因此,声发射不能直接提供缺陷的 具体大小,只能提供缺陷变化的大小。 声发射是一种动态的检测方法,能测试材料微 观结构的变化。因此,声发射技术可以检测三维编 织复合材料在外力作用下,内部微观结构的变化,为 进一步分析材料的力学性能提供理论基础,具有重 要的理论意义。 1 三维编织复合材料声发射测试机理 图1 描述了三维编织复合材料声发射测试机 理bo 。三维编织复合材料在承受外部压缩负载下, 材料的行为会发生改变,出现声发射现象。声发射 信号在复合材料制件的瞬变应力作用
13、下进行传播, 对声发射信号实现数字化可分析材料的受损情况。 用计算机对声发射信号进行分析有参数法、波形法 等多种方法。参数法是通过记录和分析声发射信号 的特征参数,如幅度、持续时间等,分析材料的破坏 程度;波形法是对声发射信号的波形进行记忆,计算 信号的频谱,来分析材料的内部变化特征。A E 信号 的处理过程如图2 所示。 图l三维编织复合材料声发射测试机理圈 声发射传感器是把材料形变产生的声发射信号 转变为电信号的功能转换器。实验证明,三维编织 图2A E 信号的处理过程 复合材料声发射产生的频率在2 0 0 4 0 0k H z 。选用 v s 9 0 0 R I c ( v a l l
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