Page 69 - 无损检测2023年第十一期

刘武刚, 等:

拉伸载荷下陶瓷基高温复合材料损伤状态特征分析

裂纹的发生扩展及断裂的形成, 以获得岩石破坏的 合材料损伤状态及强度的评价。
前兆信息 [ 9 ] 。随着 CT 和 AE 技术的发展, 两种技 文章在拉伸试验过程中, 采用声发射技术对试
术的结合在结构和材料的研究中得到了应用, 为研 件损伤状态进行实时监测, 通过声发射信号分析方
究者提供了从微细观和宏观角度观察和研究结构损 法获得不同载荷状态下的声发射信号特征; 综合同
伤的手段 [ 10-14 ] 。 步辐射 X 射线 CT 的三维数字图像分析和声发射信
目前, 基于声发射技术的复合材料模式识别及 号特征结果, 建立声发射特征与损伤类型之间的
损伤评价多以获得的声发射信号为基础, 通过信号 关系。
分析技术, 得到表征复合材料损伤的信号特征参数, 1 试验制备与试验过程
与所施加的载荷、 位移、 应力等力学参数进行相关分
析, 结合复合材料损伤理论, 从宏观上初步判别复合 1.1 材料与试件
材料内部的损伤状态, 总体上是一种基于经验推理 试验材料为陶瓷基高温编织 C / SiC复合材料, 试

而得到的结论。即, 由于技术手段水平的限制, 业内 件取自厚度约为2mm 的复合材料板, 其结构示意与
还没有从根本上解决复合材料微细观内部损伤状态 实物如图1所示。为了获得不同类型的损伤模式, 共
与声发射信号表征特征参数之间的一致性问题。随 对两种加工工艺的高温复合材料进行了原位拉伸破
着对陶瓷基高温复合材料力学性能及工程应用的深 坏试验, 1 试件采用前驱体浸渍裂解法( Precursor
#
入研究, 作为基础的复合材料损伤演化规律及损伤 infiltration py rol y sis , PIP ) 制备, 中间部位两侧加工有

模式识别等课题需要建立微细观与宏观特征之间的 凹槽; 2 试件采用化学气相沉积法( Chemicalva p or
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对应关系, 以期通过宏观损伤特征的监测实现对复 de p osition , CVD ) 制备, 试件中间部位加工有圆孔。

图1 陶瓷基高温复合材料试件结构示意与实物
1.2 试验过程 每次施加载荷的过程中利用声发射监测设备对试验

试验在上海同步辐射光源的BL13W1线站完成。 过程进行实时监测, 记录并存储声发射信号供后续分

由于同步辐射光源具有高亮度、 高准直性、 高度偏振 析。声发射信号采样频率为5MHz , 前置放大器的放

性和相干性、 高纯净无污染等优点, 以同步辐射光源 大倍数设置为20dB 。采用中心频率为3.5MHz的

替代普通 X光, 能大大提高 CT 的空间分辨率, 缩短 V182超声传感器, 其在所研究的5kHz~1MHz频

扫描时间, 提高图像质量。试验中同步辐射X射线束 率范围内具有相对一致的频响特征。加载过程连续

电压为22kV , 探测器的分辨率为6.5 μ m ( 每像素), 记录声发射信号。在试验前, 每一级加载、 暂停、 保

试件中心与探测器之间的距离为0.2m 。在成像过程 载阶段以及试件最终失效后, 均利用同步辐射 X 射
中旋转台旋转180° , 以对试件的整个截面进行成像。 线 CT 对试件进行原位成像, 获得试件在不同载荷
采用 CT 原位加载装置对试件进行加载, 载荷 状态下的三维数字图像。
通过位移进行控制, 所施加的力和位移均可以通过 2 试验结果分析
力传感器和位移传感器进行准确测量。对试件进行
逐级加载, 每次增加100N 的载荷直至试件失效。在 试件在各个载荷工况下的声发射信号历程图中

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2023年 第45卷 第11期
无损检测