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          聲發射

          復合材料解決方案

          發布日期:2021-06-04

          封面


          通過對復合材料在拉伸、變形、疲勞測試中,通過聲發射技術來檢測復合材料內部產生的破壞。

          復合材料是一種多相材料,由兩種或多種性質不同的材料組成,其主要組分是增強材料和基體材料,基本的結構形式是層壓件和纏繞件。

          復合材料因高的比強度和比模量以及良好的抗疲勞性和成形工藝性,而在航空、航天、造船、建筑、橋梁等工業部門得到了大量的應用,并在壓力容器、管道,以及某些關鍵部位代替金屬材料。但是,纖維增強復合材料具有導電性差、熱傳導率低、聲衰減高等特點,在機械和物理性能方面呈顯著的各向異性,這使得它對無損檢測的波傳播所起的作用與金屬材料迥異,因而,其無損檢測也與金屬材料顯然不同。

          復合材料結構由于制造工藝的特殊性,許多工藝參數的微小差異會導致其產生諸多缺陷,使產品質量呈現明顯的離散性。這些缺陷嚴重地影響構件的機械性能、結構完整性和使用壽命。

          復合材料結構缺陷的類型繁多,但大致可以分為兩大類:

          1) 通常表現為損害構件的機械性能和物理性能的有:氣孔、夾雜、分層、纖維斷裂或不平直、纖維與基體的比值不正確、纖維和基體的結合狀況不佳、基體疏柱、基體裂縫、基體固化狀態不良等;

          2) 通常表現為損害構件的整體完整性的有:脫粘、橫向斷裂、龜裂、缺膠、膠層厚度不均勻、結構內部損傷等。面對上述種類繁多的缺陷,迄今,還沒有一種無損檢測方法可以檢測各種復合材料構件的所有缺陷。在實際應用中,往往需根據復合材料構件的形狀、類型、使用要求,要求檢測的缺陷類型、大小、位置、取向及檢測設備檢測能力等因素,選用幾種不同的方法互相補充。

          然而,我們對每一復合材料構件無損檢測的目標是在于:檢測它的結構的完整性、強度和承載能力,評估它的使用壽命和使用安全性。

          由于復合材料構件不同于金屬構件的特殊性,且對它的破壞機理還缺乏系統的了解,因而對它的主要缺陷類型仍是眾說紛紜,還不能用一、兩種主要類型的缺陷來決定其使用性能,評估預期壽命。例如,高性能的金屬結構,相對來說,是用不包含所不希望存在的缺陷的材料制成的。在使用中,破損往往起源于裂縫開始擴展為可辯認的缺陷的時候,而且發生于裂縫繼續擴展以后。所以,在大多數金屬結構中,我們所查找的基本缺陷是裂逢,一旦用無損檢測方法確定了有缺陷的結構,就可以利用斷裂力學的基本概念,計算出使用條件下金屬構件的預期壽命。

          正如上文所述,復合材料至今尚不能以少數的幾種類型缺陷確定為損傷起源的主要缺陷。

          大量實驗證明:有些具有明顯宏觀缺陷的架件,加載試驗到破壞,其疲勞壽命不一定就短;相反,有些無明顯宏觀缺陷的構件,若隱含有常規無損檢測難以檢出的、基體微裂紋等缺陷,在實驗中發現其所具有的疲勞壽命則遠短于正常構件。

          由于聲發射對缺陷起始和擴展的有的敏感性,以及其所具有動態檢測強度和評估使用壽命的獨特功能,從而近年來,復合材料無損檢測與評價技術已經把重點轉移到,利用聲發射技術檢測材料與構件的缺陷(包括微觀缺陷)與損傷的萌生與擴展,并據以評估缺陷的危害程度,測定結構強度、整體性和預期使用壽命。對復合材料的發展而言,聲發射技術不僅僅是內部缺陷和損傷的無損檢測手段,且已成為材料性能(包括斷裂性能和力學性能等)研究、強度檢測與使用壽命評估的必不可少的方法。


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