复合材料桨叶疲劳试验过程中的声发射检测研究
夏国旺 彭江水 吴德雨
(中国直升机设计研究所)
摘要：随着材料技术的发展，复合材料在直升机上运用越来越广泛。由于复合材料的损伤模式与金属材料有很大的区别。因此，了解复合材料破坏判据对复合材料零部件的定寿具有决定性的作用。本文针对复合材料桨叶的疲劳试验，提出了用声发射技术对其进行疲劳破坏检测的研究方案。
1 前言
目前，在我国直升机疲劳试验中，用于判定部件是否破坏的手段还比较原始，主要以目测出现宏观裂纹为主。这在金属构件疲劳试验中有其合理性和实用性。但从疲劳裂纹的形成机理来看，这远不能代表复合材料动部件的寿命。如一般的金属材料的疲劳极限只是拉伸强度的45％一50％，而碳纤维／聚醋树脂复合材料的疲劳极限可达抗拉强度的70％一80％【1】。金属结构的主要损伤模式为裂纹，裂纹以相当明确的方式传播并与所加的力有关，其临界裂纹尺寸和裂纹传播速率与通过断裂力学分析获得的试验数据有关。在复合材料中，很少有单一的损伤模式。即使复合材料构件由于产生宏观裂纹而破坏，裂纹传播也不会像金属材辩那样以预想的方式进行。因此，复合材料的损伤研究比金属材料更加困难。为了能够清楚地了解疲劳裂纹的萌生、扩展的全过程．我们必须引入一种有效的对裂纹进行实时监测的技术手段，它要能在试验状态下实时发现复合材料构件的起始破坏，结合其他一些有效的无损检测手段对破坏模式进行识别，找到破坏点和破坏模式．这样才能够对复合材料的破坏过程有个垒面的了解。而声发射技术正好满足了我们这种需要。通过运用声发射技术，可以对正在试验中的动部件进行实时的监测，对疲劳破坏的萌生点、扩展速度和扩展时间都有较全面的了解。这一技术的运用将给判定疲劳试验件是否破坏带来更准确、客观的依据。从而为直升机动部件和结构件的准确定寿提供科学的技术保障。
2声发射的基本理论
2.1声发射形成机理
当材料或零部件受外部力的作用时，由于材料或零件内部有缺陷存在或微观的不均匀性，使该处所在部位承担的应力高度集中。继而导致了该区域应变能量的高度集中。由于材料总是力图趋子能量最低状态，即由不稳定的高能状态必然过度到稳定的低能状态。当外部条件作用增大到一定程度时，局部能量的高度集中使材料缺陷部位产生微观屈服或变形，并通过如滑移、位错、开裂、晶界突然改变取向等方式将集中的多余能量释放出来，在能量释放过程中，其中一部分以应力波的形式快速释放的弹性能．应力波向外传播就形成声发射信号[2]。
