复合材料案例报告
一、单位信息
北京某高校材料学院
二、案例摘要
介绍了声发射技术在复合材料力学性能试验中的应用。该试验对象是国产大飞机C919上的碳纤维复合材料试块，监测该碳纤维板在三点弯曲过程中产生的声发射信号，以发现内部损伤发生的过程及机理，用于持续改进该材料力学性能。
三、仪器通道数
建议2-8通道。
四、实验过程
图1.传感器布置
碳纤板横置在下方2个支撑柱上，两端各固定一个声发射传感器(凡士林耦合，胶带固定)，从中间向下加载。在碳纤维板三点弯曲试验过程中，监测断裂产生的声发射信号并分析信号特征以及对断裂位置进行定位。
五、数据处理与分析
图2.幅值/能量vs时间图
从幅值vs时间图以及能量vs时间图中可以看到，该试件在断裂之前其实就已经开始产生分层、脱粘等损伤，只不过这些损伤所产生的声发射信号比较弱，能量和幅值都比较低，直到最终断裂时才产生非常强的声发射信号。
图3.平面定位图
声发射可以通过时差定位算法计算声发射信号所产生的位置，对于该试件本次试验采用了线性定位，从线性定位图中可以看到，断裂位置位于试件中部，与实际断裂位置吻合。
六、结论
声发射技术具有实时性和敏感性，它能够在损伤发生的同时(微秒至毫秒级)检测到材料内部因变形、开裂、纤维断裂、基体开裂、分层、界面脱粘等损伤机制释放出的瞬态弹性波(声发射信号)。
相比于传统的无损检测方法，通常是在损伤积累到一定程度或停机检测时才能发现，声发射可以在损伤萌生(如微裂纹产生、纤维最初断裂)阶段就发出警报，为及时干预、避免灾难性失效提供了宝贵的预警时间窗口。这对于安全关键结构(如飞机、压力容器、风力叶片)至关重要。
通过在结构表面布置阵列式传感器网络，利用声发射信号到达不同传感器的时间差，可以精确地定位损伤源的位置(线定位、面定位以及三维空间)。这对于大型复合材料结构中寻找损伤位置非常有价值，大大缩小了后续详细检查的范围，节省了时间和成本。
七、展望
不同损伤机制(如基体开裂、纤维断裂、分层、纤维-基体脱粘、摩擦)产生的声发射信号在特征参数上(如幅度、能量、计数、上升时间、持续时间、频率成分、波形形状)具有不同的“指纹”。通过分析和识别这些信号特征模式(通常结合机器学习、模式识别算法)，可以区分发生的损伤类型，有助于理解失效过程和评估损伤的严重程度。
虽然绝对量化比较困难，但AE信号的强度和活动性(如幅度、能量、事件计数)与损伤的严重程度和扩展速率通常存在相关性。高强度、高能量、高事件率的信号通常预示着更严重的损伤事件。结合定位和模式识别，可以对局部区域的损伤程度进行相对评估。
