含分层损伤复合材料弯曲变形与破坏实验研究

为研究含对称分层复合材料的损伤破坏特性,本文结合声发射(Acoustic Emission,简称"AE")技术和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")方法,对含对称多分层单向玻璃纤维增强复合材料试件在三点弯曲实验下的屈曲破坏行为和变形场信息进行了研究,并利用k-means聚类分析对试件的损伤模式进行了辨识。结果表明:分层的存在将导致材料的承载能力降低且抵抗变形的能力变弱,压缩载荷下的分层损伤比拉伸载荷下的分层损伤更明显,含分层损伤复合材料在加载过程中会产生更多的AE损伤信号;损伤过程的AE信号通过聚类分析,大致可分为低频、中频和高频信号三类,分别对应含对称分层试件的基体开裂与分层扩展、纤维脱粘和纤维断裂三种损伤模式;含分层损伤试件的位移场变化不稳定且应变场分布比空白对照试件更分散。AE技术可以实时监测材料内部损伤信息,DIC方法能够分析试件表面位移场的变化,两种技术的结合对复合材料的结构健康监测有重要价值。

三维五向碳纤维编织复合材料拉伸损伤演化行为研究

为了揭示不同纤维体积分数下碳纤维三维五向编织复合材料损伤演化规律以及纤维断裂等损伤模式,结合声发射(Acoustic Emission,简称“AE”)、数字图像相关(Digital Image Correlation,简称“DIC”)以及红外热成像(Infrared Thermography,简称“IT”)多源互补监测技术,对复合材料进行拉伸力学性能实验,动态获取拉伸载荷下的AE信号以及损伤过程中的表面应变场与温度场信息。结果表明:随着纤维体积分数的增加,碳纤维三维五向编织复合材料的失效载荷和断裂强度增加,相对能量有所提高,单位时间内AE信号增长加快。在纱线交织区域出现了明显的应变集中现象,形成锯齿形的应变集中带。随着拉伸载荷不断增加,复合材料试件表面温度持续升高,试件破坏瞬间,有明显的温度表征,与应变场失稳破坏表征吻合。因此,结合AE、DIC和IT互补检测技术,能够有效地监测碳纤维三维五向编织复合材料的损伤演变过程,为其结构健康检测提供参考。