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V12

0.350.33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/SiC

2.130010014247.6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

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τi

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）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