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声发射技术在纺织C/SiC复合材料损伤检测中的应用

潘文革  
【摘要】: 本文利用声发射技术,对C/SiC复合材料在拉伸过程中损伤发展、演化进行了实验研究。实验采集了单纤维束、二维编织、三维编织三种C/SiC复合材料的声发射相关特征参数和波形。运用多参数分析法,分析了C/SiC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。通过声发射波形信号的频谱分析,研究了C/SiC复合材料拉伸损伤的细观机理。利用声发射累积相对能量表征材料损伤,建立损伤模型,给出材料破坏判据。 实验研究表明: 单纤维束、二维编织和三维编织C/SiC复合材料由于结构形式不同,损伤机理和发展过程不同,表现出的声发射参量的特性也不同;试件初始状态和断口的显微观察证实了该推断。声发射累积相对能量和C/SiC复合材料的损伤演化有较好的相关性。尤其对三维编织C/SiC复合材料,损伤可分为两个主要阶段,损伤初始阶段和损伤严重阶段。C/SiC复合材料的频谱分析,给出了材料不同类型损伤的频率特性,揭示了材料每一时刻的损伤基本上是不同类型损伤的组合,很少有单一损伤独立发生。利用声发射累积相对能量定义损伤变量,通过单纤维束模型、平均杆元模型以及体积平均化模型初步建立了纤维束、二维编织、三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤演化方程。通过弹性模量衰减与应力变化的关系,确定了二维编织、三维编织C/SiC复合材料拉伸损伤的修正系数,初步定量给出了该材料拉伸损伤演化方程的经验公式并通过实验验证。


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