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基于声发射技术的芳纶1414/聚丙烯拉伸损伤性能研究

戚琳琳  
【摘要】:本文通过拉伸力学性能分析、声发射参数分析以及关联图分析,从不同角度对芳纶1414(PPTA)/聚丙烯(PP)复合材料的损伤形式和演变过程进行了研究。力学性能方面:对PP基体、PPTA纤维束、[90]单层板、[45]单层板、[0]单层板以及[0/90]层合板的拉伸力学性能进行了研究,得到负荷-位移曲线图,以及相应的应力-应变曲线图;讨论了拉伸曲线的变化特征,并分析了各试样在不同阶段的拉伸破坏特征。声发射方面:对各试样在拉伸破坏过程中进行全程动态监测,得到各试样拉伸破坏的声发射特征。根据参数特征,对拉伸全过程进行了阶段性解析,同时根据关联图分析得到每个阶段的详细信息,进而得到各试样的拉伸破坏机理,从而推理得到]PPTA/PP复合材料层合板的拉伸破坏机理。 通过试验和数据分析,结论如下: PP基体:声发射信号的幅度主要分布在42-65dB之间,持续时间低于1000us,而个别信号达到90dB以上,持续时间在3000-4000us之间,破坏的主要形式是:基体裂纹、基体断裂。PPTA:声发射信号的幅度分布在42-90dB之间连续不止,持续时间低于600us,而个别信号达到90dB以上,持续时间在1500-2000us之间,破坏的主要形式有:纤维断裂。[90]单层板:声发射信号的幅度信号分布在42-65dB之间,持续时间低于1000us,少量分布在70-100dB之间,持续时间在3000-4000us之间,破坏形式主要有:界面横向破坏、界面分离。[45]单层板:声发射信号的幅度信号基本分布在42-65dB之间,持续时间低于1500us,少量达到70dB以上,持续时间在3000us以上,甚至高达15000us,破坏的主要形式有:界面脱粘、纤维抽拔。[0]单层板:幅度信号基本分布在42-80dB之间,持续时间在1000us以下,幅度分布在80-100dB的信号,持续时间在1200-2000us之间,破坏的主要形式有:基体裂纹、界面脱粘、纤维抽拔、纤维断裂。[0/90]层合板:幅度信号基本分布在42-80dB之间,持续时间在2000us以下,幅度分布在80-90dB的信号,持续时间在2000-6000us较宽范围内,还有一部分幅度分布达到90dB以上持续时间在8000-12000us之间,破坏的主要形式有:基体裂纹、界面脱粘与分层、纤维抽拔、纤维断裂。 在以上各试样拉伸破坏机理分析过程中,声发射参数历程分析起到了很大的作用,对拉伸过程的每个阶段都提供了很有力的实时监测信息。各参数在不同阶段信号特征差别较大,每个破坏形式对应的幅度、能量、持续时间各不相同,从而给[0/90]层合板的复杂性破坏提供了可参考的信号数据特征。从拉伸破坏的整个声发射全过程来看,早期破坏主要是基体裂纹、界面损伤的原始破坏,信号数量比较多,但是破坏能量较低;中期破坏主要是基体裂纹、界面脱粘、界面分层以及少量缺陷纤维的断裂,信号比较密集,幅度增大,持续时间变长,相应的破坏能量增大;破坏后期主体纤维断裂,伴随纤维束间的相互摩擦,最终无法承受巨大载荷,而使试样发生破坏性断裂。信号数量经过了逐渐增加然后逐渐减少的趋势变化,振铃计数、幅度、能量、持续时间均在主体纤维断裂时出现了很大的峰值变化,说明材料破坏程度达到极限而发生断裂,以上说明声发射的活动性能很好地解释材料拉伸破坏过程。


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