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基于数字图像相关方法和声发射技术复合材料分层损伤研究

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目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 玻璃纤维复合材料概述

1.3 玻璃纤维增强复合材料无损检测概述

1.4 声发射技术和数字散斑相关方法互补技术概述

1.5 国内外研究现状

1.6 主要研究内容

1.7 创新点

第2章 复合材料分层损伤实验

2.1 实验材料

2.2 主要仪器

2.3 复合材料压缩夹具设计加工

2.4 实验试件制备

2.5 性能测试

2.6 本章小结

第3章 含单个预制分层复合材料层合板的分层损伤研究

3.1 含单个预制分层试验件力学性能分析

3.2含单个预制分层试验件声发射分析

3.3含单个预制分层试验件二维DIC分析

3.4 本章小结

第4章 含耦合预制分层复合材料层合板的分层损伤研究

4.1 含耦合预制分层试验件力学性能分析

4.2 含耦合分层预制分层试件声发射分析

4.3 含耦合分层预制分层试验件二维数字图像相关方法分析

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的科研成果

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摘要

由于复合材料在制备和应用过程中的外物冲击,复合材料层合板内部会频繁出现层间分层、纤维断裂、基体开裂等形式损伤,而这些损伤缺陷容易导致复合材料整体结构的损伤积累和最终的失稳破坏,从而严重缩短了复合材料的使用寿命。因此对复合材料分层损伤演化过程的系统研究显得尤为重要。
  本文以预制分层的大小、埋深、位置作为参照变量,设计了多种含不同预制分层的层合板,从而研究不同预制分层对层合板的承载能力和疲劳寿命的影响。
  本文对含不同大小、埋深、位置的分层损伤复合材料层合结构进行单轴向压缩实验。本文结合数字图像相关方法( Digital Image Correlation, DIC)和声发射( Acoustic Emission,AE)技术全程监测其分层损伤的演化过程,分析损伤的大小、埋深、位置等因素对复合材料损伤破坏的作用及声发射信号的变化规律。结合复合材料力学理论,研究复合材料分层损伤演化实时变形、声发射特征与力学破坏的相关性及复合材料分层损伤的破坏机理。实验结果表明:
  (1)含预制分层复合材料试件的失效载荷小于不含预制分层复合材料试件,说明分层损伤影响了复合材料的承载能力;
  (2)当预制分层大小形状一样时,预制分层与层合板中心层之间的距离越大,也就是预制分层埋深越小,层合板的承载能力越小;
  (3)当预制分层埋深一样时,预制分层尺寸越大,层合板的承载能力越弱;
  (4)对于耦合预制分层试件,靠近表层的预制分层越多,承载能力越小;
  (5)预制分层位于同一侧的承载能力比不同侧的承载能力弱;
  (6)声发射信号如幅度、撞击累计数、持续时间和相对能量等可用于分析评估玻璃纤维复合材料的分层损伤拓展行为。复合材料分层损伤阶段对应着高幅度、高持续时间、高能量的声发射信号。
  (7)通过数字图像相关方法获得的位移场和应变场信息,反映了玻璃纤维复合材料分层损伤过程中的微区变形和损伤特性。声发射技术与数字图像相关方法的互补技术,为玻璃纤维复合材料的损伤评估、损伤预报和健康监测提供了参考依据。

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