复合材料检测技术

复合材料的力学性能与检测技术蔡浩鹏武汉理工大学高分子复合材料系教学内容CMC用基体材料非金属基复合材料CMC用增强材料CMC的制备技术CMC的界面和增韧机理其它非金属基复合材料第7章（1讲）第2章（2讲）第3章（1讲）第4章（2讲）第5章（2讲）第6章（2讲）第1讲绪论、第2讲陶瓷基复合材料的研究进展及特点、第8讲复合材料力学及检测技术，共15讲，最后考试。检测加工及评价典型陶瓷基复合材料的制备（2讲）各向异性典型国产树脂基复合材料单向板的力学性能HT3/5224（高强碳纤维/环氧）HT3/QY8911（高强碳纤维/双马）纵向拉伸模量E1（GPa）140135横向拉伸模量E2（GPa）8.68.8面内剪切模量G12（GPa）5.04.5主泊松比V120.350.33纵向拉伸强度Xt（MPa）14001239横向拉伸强度Yt（MPa）5038.7纵向压缩强度Xc（MPa）11001281横向压缩强度Yc（MPa）180189面内剪切强度S（MPa）9981.2高比强度和比刚度典型连续纤维增强复合材料力学性能材料密度（g/cm3）拉伸强度（MPa）拉伸模量（GPa）比强度（MPa/g/cm3）比模量（GPa/g/cm3）S玻璃/环氧2.017905589527.5高强碳/环氧1.57152013896887.9高模碳/环氧1.601210221756138Kevlar49/环氧1.38152086110162.3高强碳/双马1.61154813596183.9硼纤维/Al2.49134321753987.1SiC/SiC2.130010014247.6高强铝合金2.76477223926.4高强钢7.83175020722326.7层合板静态力学性能表征与测试纵向拉伸力学性能横向拉伸力学性能纵向压缩力学性能横向压缩力学性能纵横剪切力学性能短梁层间剪切强度弯曲性能拉伸力学性能试验GB/T3354－1999定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法测试：纵向拉伸模量E1、主泊松比ν1、纵向拉伸强度Xt；横向拉伸模量E2、横向拉伸强度Yt压缩力学性能试验GB/T3856－1983单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法；HB5485－91碳纤维增强树脂基复合材料薄板压缩性能试验方法；GB/T5258－1995纤维增强塑料薄层板压缩性能试验方法。测试：纵向压缩模量E1、主泊松比ν1、纵向压缩强度Xc；横向压缩模量E2、横向压缩强度Yc压缩力学性能试验（ASTMD3410及GB/T3856—83标准）压缩力学性能试验（HB5485—91标准）压缩力学性能试验（GB/T5258—1995标准）压缩力学性能试验（GB/T5258—1995标准）面内剪切力学性能试验（纵横剪切试验）GB/T3355—1982纤维增强塑料纵横剪切试验方法测试：面内剪切模量G12、面内剪切强度S)(bh2P2/Gyxyx121212短梁层间剪切强度试验标准：GB/T3357－1982单向纤维增强塑料层间剪切强度试验方法测试层间剪切强度τiibibib弯曲性能试验GB/T3356-1999单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法测试：弯曲强度f和弯曲模量Ef层合板韧性性能试验开孔拉伸强度试验开孔压缩强度试验冲击后压缩强度试验I型层间断裂韧性试验II型层间断裂韧性试验边缘分层层间断裂韧性试验开孔拉伸和压缩强度试验开孔拉伸和压缩强度试验开孔拉伸强度试验HB6740－93碳纤维复合材料层压板开孔拉伸试验方法开孔拉伸和压缩强度试验开孔压缩强度试验HB6741－93碳纤维复合材料层压板开孔压缩试验方法冲击后压缩强度冲击损伤冲击后压缩强度冲击后压缩强度降曲线（T300/5208）冲击后压缩强度冲击装置冲击后压缩强度冲击后压缩强度HB6739－93碳纤维复合材料层压板冲击后压缩试验方法BSS7260先进复合材料压缩试验方法层间断裂韧性试验层压板结构的层间应力集中问题层间裂纹问题（层间断裂力学）层间断裂韧性是表征复合材料层合板抵抗层间裂纹扩展的能力，一般有能量释放率G来表示。I型层间断裂韧性试验HB7402－96碳纤维复合材料层压板I型层间断裂韧性GIc试验方法II型层间断裂韧性试验HB7403－96碳纤维复合材料层压板II型层间断裂韧性GIIc试验方法复合材料的无损检测技术缺陷与损伤的类型缺陷：（制造原因）气孔（孔隙率）（2%）孔隙率每增加1％，剪切强度下降5－10％疏松分层脱粘（胶接件）夹杂富酯与贫酯纤维弯曲或偏离损伤：（加工使用中）分层冲击损伤纤维断裂常用检测方法和原理敲击超声检测X射线照相声振检测声发射检测声－超声检测敲击检测原理：复合材料受敲击振动后，有缺陷、无缺陷发出的声响不同，判断缺陷性质、大小、位置特点：简单分辨率低（1mm厚板，Φ25）经验性敲击检测标准敲击锤：4次/秒敲击检测电子敲击器—便携式敲击检测仪（冲击器，传感器，显示器）日本WP-632敲击胶接监测仪超声检测原理：频率：1－10Mhz工作方式：脉冲回波法穿透法超声检测显示方式A型：显示被检测件上特定点的振幅与反射时间（脉冲回波法）B型：显示被检测件截面视图发现缺陷C型：显示缺陷平面图特点：主要检测气孔疏松和分层超声检测成像系统主要性能指标超声检测超声C扫描检测分层（172厂C扫描仪）超声检测超声波C扫描检测冲击损伤（西工大美国PAC公司C扫描仪）X射线照相法（X-rayphotography）原理：利用材料密度不同吸收X射线不同，得到X射线照片上的灰度不同软X射线（铍窗口），低电压（10－17kV），小焦点检测气孔，夹杂，纤维取向，胶接质量X射线机被检件X光底片X射线照相法蜂窝芯进水检测X射线照相法蜂窝开裂检测声振检测（Acousto-Vibration）原理：由敲击法发展而来，利用换能器激发被检件，测量被检件的声阻抗，声速，谐振频率，振幅，相位的改变。功能：检测胶接质量，脱胶，分层，是超声脉冲回波法检测的补充典型仪器：S－9Sondicator声振检测美国StaveleyNDTTechnologies公司SonicBondMaster综合声振检测仪声发射检测（AcousticEmission）原理：利用复合材料在受载时局部出现损伤时发出的声波，通过记录和波形分析确定损伤起始与类型特点：可以采用多探头对损伤源定位789565611010431-载荷传感器2-位移传感器3-试件4-声发射传感器5-直流放大器6-前置放大器7-声发射监测系统8-打印机9-示波器10-载荷头原理：应用：胶接结构与复合材料的缺陷和强度检测声－超声检测（Acousto-Ultrasonic）可控制的重复频率（R表示重复频率）累加器（C表示振荡计数）复位计数器（T表示时间）脉冲发生器放大和增益控制计数器阈值RTCSWF超声发射器声发射接收器耦合剂脉冲激励应力波检测方法的选择任何一种检测方法都不可能检测所有缺陷和损伤对复合材料层压板与蜂窝夹层结构一般都要通过2种或2种以上检测超声和X射线照相是复合材料层压板缺陷检测的主要方法，超声检测100％使用声振法是胶接件，蜂窝夹层结构的首选检测方法检测方法的选择不同缺陷检测方法的选择缺陷类型检测方法脱粘听声、超声分层听声、超声纤维取向软X射线夹杂软X射线、超声蜂窝芯压塌软X射线、超声穿透法富胶和贫胶区软X射线、超声疏松和裂纹（内部）软X射线、超声疏松和裂纹（外部）渗透检测方法的选择不同类型结构检测方法的选择结构形状检测方法层压板结构无特殊要求穿透法超声C－扫描回波法超声C－扫描穿透接触法回波接触法成形结构（正弦式或凹面形状）射线照相脉冲回波数字测厚蜂窝组件平面形穿透法超声C－扫描射线照相胶结连接平面形平面形成形件穿透法超声C－扫描射线照相声振法复合材料不同缺陷检测方法的比较第5章CMC的界面及增韧机理5.1界面与表面5.2强韧化预习复合材料的性能测试方法及无损检测了解: