复合材料T型单元损伤演化的声发射特性研究

发布时间：2020-08-27 18:46　阅读次数：

复合材料T型单元损伤演化的声发射特性研究

李仲，黄华斌，魏宏艳，白生宝，张德俭

(中国飞机强度研究所，西安710065)

摘要:进行了飞机结构复合材料T型单元拉脱试验研究。用声发射技术研究了复合材料T型单元拉伸载荷下的损伤演化过程。对复合材料T型单元拉仲载荷下损伤演化的机理进行了初步探讨。用参数分析方法对采集的撞击数、持续时间、事件以及幅值等声发射信号进行了分析，预报了复合材料T型单元拉伸载荷下基体开裂、分层、纤维断裂至完全丧失承载能力的损伤演化过程及对应的载荷。结果表明，声发射技术能够准确预报复合材料拉伸载荷下损伤演化的过程，从而为复合材料飞机结构的设计提供参考。

关键词: 复合材料；声发射；参；数分析；损伤演化

Study on Damage Evolution in Composite T-Joint using Acoustic Emission

Lizhong, Huanghuabin, Weihongyan. Baishengbao , Zhangdejian

Aircraft Strength Research Institute of china, Xi'an710065,China

Abstract: The damage evolution in the composite T-joints were investigated experimentally under monotonically increasing tensile load until failure was occurred . The mechanism of damage evolution in the composite T-jointswas study using acoustic emission (AE) parametric analysis including hits, durations , events and amplitudes. Thematrix cracking, delimitation and fiber fracture and the corresponding load were recorded. It is shown that the AEtechnique could predict the damage evolution in the composite T-joints more accurately compared with otherinspection techniques.

Key words: composite; acoustic emission; parametric analysis; damage evolution

1引言

复合材料结构采用特殊的制造工艺，经过精心设计，可以实现突出的高比强度和高比刚度，具有电磁雷达波信号低等特点，已在现代飞行器结构中广泛应用。与传统机械连接结构相比，筋条和蒙皮共固化单元被认为是实现复合材料效益潜力的最重要途径之一，美国AST计划的复合材料机異的梁和肋凸缘以及F35结构加筋都是采用共固化或胶接的连接形式[1]。

但是，筋条和蒙皮非机械连接(如T型单元)使得结构单元出现了局部的材料、几何不连续，在外载荷作用下，这些材料和几何不连续处的应力/变形会发生显著的变化，即在缺陷周围出现较大的应力集中，从而导致缺陷周围较早产生材料的细观损伤(基体开裂)，随着载荷的增大，出現细观损伤的累计而形成一个集中的损伤区(宏观的层间分层)，随后，分层将沿分层处的层间扩展或跳跃到相邻层的层间扩展，直到结构单元丧失承载能力。

研究筋条和蒙皮非机械连接T型单元的载荷传递能力、渐进的损伤破坏机理、各种不同的损伤模式对寿命和剩余强度的影响等就变得十分重要。现有的无损检测技术如X-射线，超声波C-扫描，激光剪力图像等技术要花费大量的时间，而且灵敏度低。近年来，声发射的参数分析技术研究取得了进展206。运用声发射技术可以对损伤产生的位置和产生的时间进行较为精确的判断，从而了解破坏发生的时间、破坏发生的位置及破坏形式。

本文进行复合材料加筋共固化T型单元的拉脱试验研究，用声发射技术全程动态记录复合材料在拉伸过程中的声发射参数，通过各种不同损伤形式的声发射特征来研究复合材料加筋共固化T型单元的破坏机理。