复合材料胶接界面损伤变形光学无损计量及声发射响应特征

发布时间：2017-09-30 04:11

  本文关键词：复合材料胶接界面损伤变形光学无损计量及声发射响应特征

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【摘要】：近年来,复合材料因其比强度高、比刚度高、抗疲劳性能好等优势,普遍应用于航空航天、能源、船舶、汽车等领域。在航空航天产业的飞速发展的大背景下,飞行器的复合材料化对飞行器结构的无损检测等提出了很高的要求。复合材料轻量化设计的理念已广泛渗透到船舶、汽车、飞行器的设计、加工、制造过程中。因此,从事复合材料结构性能方面的研究具有十分重大的意义。本文的研究内容如下:第一,为研究复合材料层间界面弯曲损伤破坏特性及声发射响应特征,对含有预制缺陷复合材料层合板进行四点弯曲试验,并用声发射(Acoustic Emission,AE)技术进行实时监测。结果表明:缺陷位于近表面时的撞击累积总数和最高声发射相对能量明显高于缺陷位于中间层时的对应值。因此缺陷位置对试件的承载能力有较大影响,随着预制裂纹距试件表面埋深的减少,试件的承载能力降低,试件破坏程度加剧。分层试件的损伤破坏与对应声发射信号幅度、撞击累积数、相对能量、定位源等特征参量密切相关。第二,本文结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)和AE技术,研究循环拉伸加载条件下复合材料单搭接界面的损伤变形与破坏行为。依据单向拉伸失效载荷均值,取准静态破坏载荷的70%和80%分别进行循环拉伸加载实验。通过不同阶段复合材料胶接界面的损伤变形场、应变场信息及演化过程中获取的AE信号,分析循环加载下复合材料单搭接界面损伤破坏的力学机制与实时变形和AE特征信号的对应关系。结果表明:复合材料单搭接试件损伤破坏的实时微位移场特征和AE相对能量、撞击累积数及幅度谱等反映了胶接界面微裂纹的萌生及扩展行为。随应力水平的升高,复合材料单搭接试件破坏前的循环次数呈递减趋势。DIC与AE测试结果,为复合材料胶接结构的无损评价和健康监测提供了参考。第三,对复合材料T型胶接结构(不含缺陷、含缺陷)进行拉伸试验研究,结合DIC与AE技术对拉伸试验结果进行分析。结果表明:胶接界面的位移场以及声发射特征信号能够表征胶接界面损伤破坏的过程,T型胶接结构的缺陷位置不同对其承载能力有很大影响。
【关键词】：复合材料 胶接界面 数字图像相关 声发射
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 复合材料简介及其应用10-11
• 1.1.2 胶接技术简介及其应用11
• 1.2 数字图像相关与声发射互补技术研究11-14
• 1.2.1 数字图像相关技术简介11-13
• 1.2.2 声发射技术简介13-14
• 1.3 国内外研究和发展现状14-16
• 1.4 课题技术路线及创新点16-20
• 1.4.1 技术路线16-18
• 1.4.2 创新点18-20
• 第2章 复合材料层间界面弯曲破坏声发射监测20-26
• 2.1 复合材料层合板弯曲破坏实验20-21
• 2.1.1 复合材料层合板制备20
• 2.1.2 力学与AE测试20-21
• 2.2 实验结果与数据分析21-24
• 2.2.1 含预制裂纹的复合材料力学响应与破坏特征21-22
• 2.2.2 含预制裂纹的复合材料AE响应行为22-24
• 2.3 本章小结24-26
• 第3章 循环加载下复合材料胶接面变形与破坏实验研究26-38
• 3.1 循环加载下复合材料胶接面变形与破坏实验26-27
• 3.1.1 复合材料试件制备26
• 3.1.2 实验装置和实验过程26-27
• 3.2 实验结果与数据分析27-35
• 3.2.1 胶接试件静载失效与破坏27-31
• 3.2.2 循环加载下胶接试件变形与破坏行为31-35
• 3.3 本章小结35-38
• 第4章 复合材料T型胶接试件力学行为研究38-50
• 4.1 复合材料T型胶接试件力学试验38-41
• 4.1.1 T型胶接试件制备38-40
• 4.1.2 实验装置和实验过程40-41
• 4.2 实验结果与数据分析41-49
• 4.2.1 T型胶接结构力学性能分析41-42
• 4.2.2 T型胶接结构AE响应行为分析42-45
• 4.2.3 T型胶接界面场位移场分析45-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第5章 总结与展望50-52
• 5.1 总结50
• 5.2 展望50-52
• 参考文献52-58
• 致谢58-59
• 攻读学位期间取得的科研成果59

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本文编号：946049