产品与技术

工业应用

解决方案

联系我们

北京物声科技有限公司

电话:010-58773631/32/72

传真:010-58773673

邮编:100029

地址:北京市朝阳区北辰西路69号峻峰华亭C座2006

声发射

复合材料解决方案

发布日期:2021-06-04

封面


通过对复合材料在拉伸、变形、疲劳测试中,通过声发射技术来检测复合材料内部产生的破坏。

复合材料是一种多相材料,由两种或多种性质不同的材料组成,其主要组分是增强材料和基体材料,基本的结构形式是层压件和缠绕件。

复合材料因高的比强度和比模量以及良好的抗疲劳性和成形工艺性,而在航空、航天、造船、建筑、桥梁等工业部门得到了大量的应用,并在压力容器、管道,以及某些关键部位代替金属材料。但是,纤维增强复合材料具有导电性差、热传导率低、声衰减高等特点,在机械和物理性能方面呈显著的各向异性,这使得它对无损检测的波传播所起的作用与金属材料迥异,因而,其无损检测也与金属材料显然不同。

复合材料结构由于制造工艺的特殊性,许多工艺参数的微小差异会导致其产生诸多缺陷,使产品质量呈现明显的离散性。这些缺陷严重地影响构件的机械性能、结构完整性和使用寿命。

复合材料结构缺陷的类型繁多,但大致可以分为两大类:

1) 通常表现为损害构件的机械性能和物理性能的有:气孔、夹杂、分层、纤维断裂或不平直、纤维与基体的比值不正确、纤维和基体的结合状况不佳、基体疏柱、基体裂缝、基体固化状态不良等;

2) 通常表现为损害构件的整体完整性的有:脱粘、横向断裂、龟裂、缺胶、胶层厚度不均匀、结构内部损伤等。面对上述种类繁多的缺陷,迄今,还没有一种无损检测方法可以检测各种复合材料构件的所有缺陷。在实际应用中,往往需根据复合材料构件的形状、类型、使用要求,要求检测的缺陷类型、大小、位置、取向及检测设备检测能力等因素,选用几种不同的方法互相补充。

然而,我们对每一复合材料构件无损检测的目标是在于:检测它的结构的完整性、强度和承载能力,评估它的使用寿命和使用安全性。

由于复合材料构件不同于金属构件的特殊性,且对它的破坏机理还缺乏系统的了解,因而对它的主要缺陷类型仍是众说纷纭,还不能用一、两种主要类型的缺陷来决定其使用性能,评估预期寿命。例如,高性能的金属结构,相对来说,是用不包含所不希望存在的缺陷的材料制成的。在使用中,破损往往起源于裂缝开始扩展为可辩认的缺陷的时候,而且发生于裂缝继续扩展以后。所以,在大多数金属结构中,我们所查找的基本缺陷是裂逢,一旦用无损检测方法确定了有缺陷的结构,就可以利用断裂力学的基本概念,计算出使用条件下金属构件的预期寿命。

正如上文所述,复合材料至今尚不能以少数的几种类型缺陷确定为损伤起源的主要缺陷。

大量实验证明:有些具有明显宏观缺陷的架件,加载试验到破坏,其疲劳寿命不一定就短;相反,有些无明显宏观缺陷的构件,若隐含有常规无损检测难以检出的、基体微裂纹等缺陷,在实验中发现其所具有的疲劳寿命则远短于正常构件。

由于声发射对缺陷起始和扩展的有的敏感性,以及其所具有动态检测强度和评估使用寿命的独特功能,从而近年来,复合材料无损检测与评价技术已经把重点转移到,利用声发射技术检测材料与构件的缺陷(包括微观缺陷)与损伤的萌生与扩展,并据以评估缺陷的危害程度,测定结构强度、整体性和预期使用寿命。对复合材料的发展而言,声发射技术不仅仅是内部缺陷和损伤的无损检测手段,且已成为材料性能(包括断裂性能和力学性能等)研究、强度检测与使用寿命评估的必不可少的方法。


分享到: