Page 68 - 无损检测2023年第十一期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202311007

拉伸载荷下陶瓷基高温复合材料损伤状态

特征分析

刘武刚, 王 龙, 宋俊柏, 吴振强, 邢睿思, 侯传涛, 任 方

( 北京强度环境研究所 可靠性与环境工程技术重点实验室, 北京 100076 )

摘 要: 基于声发射( AE ) 信号和计算机断层扫描( CT ) 成像技术, 开展了高温复合材料的内
部损伤状态分析。通过声发射技术获得复合材料损伤时的宏观应力波信号, 分析得到声发射信号
的频率等波形特征参数; 通过计算机断层扫描得到复合材料结构内部微细观三维损伤图像, 判断存
在的损伤类型。结果表明, 不同工艺陶瓷基高温复合材料在拉伸载荷下, 内部会产生不同类型的损

伤, 纤维束与基体之间的脱黏开裂所对应的声发射信号特征频率为44kHz , 基体失效的特征频率
为150kHz , 纤维束断裂损伤的特征频率为250kHz 。

关键词: 声发射; 计算机断层扫描; 损伤模式; 陶瓷基复合材料

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2023 ) 11-0030-05

Anal y sisofdama g echaracteristicsofhi g h-tem p eratureceramicmatrixcom p ositeundertensileloadin g

,
,
,
LIU Wu g an g WANGLon g SONGJunbai , WUZhen q ian gXINGRuisi , HOUChuantao , RENFan g

( ScienceandTechnolo gy onReliabilit y andEnvironmentEn g ineerin gLaborator y ,

Bei j in g InstituteofStructureandEnvironmentEn g ineerin g , Bei j in g 100076 , China )

Abstract : Thedama g echaracteristicsoftheacousticemissionsi g nalsp roducedinhi g htem p eratureceramicmatrix

com p ositeswereanal y zedbasedontherelationsbetweenacousticemission ( AE ) si g nalsandX-ra yCTima g es.The

characteristic p arametersincludin gthefre q uenciesofAEsi g nalswereobtainedb yanal y zin gthesi g nalsofmacrosco p ic

stresswavesinthecaseofcom p ositedama g eb yusin gAEtechnolo gy .Existin gdama g et yp escanbeconfirmedb y the

microsco p ic3Ddama g eima g esofcom p ositestructureswereobtainedb yCT method.Theresultsshowedthatdifferent

t yp esofdama g ecang enerateintheinteriorofceramicmatrixcom p osites p ecimensfabricatedb ydifferentp rocessin g

techni q uesundertensionload.Thecorres p ondin g fre q uenc y ofAEsi g nalsforthedelaminationsbetweenfiberbundlesand

thematrixdama g eandfiberbundlefracturewereres p ectivel y 44kHz , 150kHzand250kHz.

Ke ywords : acousticemission ; com p utedtomo g ra p h y ; dama g emode ; ceramicmatrixcom p osite
复合材料在外载荷作用下, 结构内部会发生不 宏观损伤特征之间关系的建立带来了艰巨的挑战。

同的损伤模式, 同时因其为材料内部组分相互作用 声发射( Acousticemission , AE ) 技术借助高灵敏度
的结果, 目前还没有观测手段可对材料内部损伤进 的传感器可以把复合材料内部损伤产生的应力波记
行实时观测与分析, 这给材料内部真实损伤类型与 录下来, 通过分析这些包含损伤源信息的声发射信
号, 推断材料和结构内部损伤的状态, 进而实现对复
合材料质量与强度的评价 [ 1-5 ] 。计算机断层扫描( X-
收稿日期: 2023-03-14
ra y com p utedtomo g ra p h yX-CT ) 技术可以借助计
,
基金项目: 重点实验室基金( 6142004210302 ); 国家自然科学基
算机断层扫描, 将复合材料内部损伤的状态图像化,
金联合基金项目( U20B2002 )
作者简介: 刘武刚( 1975- ), 男, 研究员, 主要研究方向为复合材 为研究复合材料微细观损伤状态与损伤演化提供了
料无损检测与损伤评价 一定的技术手段 [ 6-8 ] 。二十世纪八十年代, 日本京都
通信作者: 刘武刚, liuwu g @139.com 大学将 AE 和 CT 技术相结合, 来研究岩石内部微
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2023年 第45卷 第11期
无损检测