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《东华大学》 2008年
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声发射技术在PE/PP层合板复合材料拉伸损伤分析中的应用

周晓鸥  
【摘要】: 本文通过声发射技术对UHMWPE/PP复合材料在拉伸过程中的损伤发展、演化进行了试验研究。试验针对各组分单元(PP基体、UHMWPE纤维束)、[O°]、[90°]单层板和[0°/90°]层合板的拉伸性能,运用多参数分析法,分析了PE/PP复合材料拉伸损伤的声发射特性,宏观上揭示了材料拉伸损伤的发展、演化过程和规律;并通过聚类分析和判别分析讨论了六种不同拉伸破坏形式的声发射参数特征和判别函数,定量讨论了不同破坏阶段的特征。 试验研究表明: 根据对声发射参数的定性分析,基体的声发射事件相对较少,活动性也较弱。[90°]单层板由于破坏集中在纤维与界面的粘结处,界面的强度也较弱。[0°]单层板则不同于[90°]单层板,由于加工工艺过程中,张力和平行度不均匀,材料热压和冷却固化导致的界面的初始应力和基体分布不均匀,界面粘结不良等,[0°]单层板的破坏点数多、信号的数量多、活动性强,层合板聚集了来自其中各个组份的破坏的特点。 从定量的角度描述了六种典型破坏的声发射特征:基体裂纹、界面横向开裂和纤维原生裂纹/弱节等细观破坏,具有幅度小(50dB),振铃次数少(15次),持续时间(500 us)的特征;而基体断裂、纤维断裂、界面分离等宏观破坏具有幅度高(50dB),振铃次数多(40次),持续时间(900us)的特征;根据定量和定性分析相结合,[0°/90°]层合板从破坏类型看,损伤主要来自于界面破坏,而基体破坏、纤维断裂的信号都占有较小比例,最终材料发生突发性整体断裂。 根据六种基本拉伸破坏形式的声发射参数特征,对[0°/90°]层合板进行判别分析,其破坏机理大致为:拉伸开始阶段,几乎没有破坏,随着应力的不断加大,产生大量的界面破坏;材料进入破坏的主要阶段,部分纵向纤维已经发生断裂,加速了周围基体的进一步破坏;起到抑制破坏作用的横向纤维束也与基体脱粘,层间分层现象很严重;到了破坏的后期,纵向纤维束起到主要的承拉作用。随着纵向纤维的不断断裂,使得剩余纤维无法承受过大的拉伸载荷,而发生破坏。纵向单层板是层合板拉伸强度的主要控制因素,横向纤维的存在对整体的破坏起到了抑制的作用。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB332

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