复合材料损伤研究现状

1、复合材料损伤研究现状复合材料具有比强度、模量更高的优点，因此是在很多领域都有应用前景的新材料。但是复合材料由纤维、气体、介面等组成，其微观结构是复杂的多相体系，也是不均匀的多向异性。因此，结构内部的损坏与一般材料结构不同，结构表面可能完全看不到损坏的痕迹，甚至x光和超声波分层扫描也可能检测不到。传统的各种无损检测方法难以评估复合材料结构损伤的准确检测和损伤程度，无法对使用中的复合材料结构进行在线实时监控。将智能传感器敏感网络埋在复合材料内部，与适当的现代信号处理技术一起构建智能复合材料结构系统，在线实时监控复合材料的内部状态，及时发现和确定材料结构内部损伤的位置和程度，监控损伤区域的扩展。提供

2、材料结构损伤检测、修复和自我修复的准确信息，防止复合材料结构损伤造成的巨大损失。智能复合材料内部检测网络信号具有非常非线性、大批量、并行等特点，因此使用传统的分析方法处理往往很费时，很困难，甚至完全不可能。现代模式识别方法(包括人工神经网络)、沙发分析技术、时间有限元模型理论、光学时域反射仪检测技术等成为实时、在线、智能分布式信号处理的理想工具。结构损伤诊断，即检测和评估结构，确定结构是否损坏，从而确定结构损伤的程度和位置、主要结构的当前状态、使用功能、结构损伤的变化趋势等。结构损伤诊断是近40年发展起来的一门新学科，是适应工程实际需求而形成的交叉学科。结构损伤诊断概念的提出和发展，机械故障诊

3、断问题开始引起各国政府的重视。NASA (NASA)成立了机器故障预防小组(MFPG)，英国成立了专门研究故障机制、检查、诊断和预测的技术研究、可靠性分析和耐久性评估的机器保健中心(MHMC)，大型旋转机器的状态监测和故障诊断技术开始进入实用化阶段。20世纪80年代，以微机为核心的现代故障诊断技术迅速发展，出现了很多常用的电脑支持监测和故障诊断系统，如美国SCIENTIFIC的PM系统、我国开发的大型旋转机械电脑状态检测和故障诊断系统。在牙齿阶段，检测技术的迅速发展，诊断可以利用振动、噪音、温度、力、传记、磁、光、光等多种信号作为信息来源，从而发展了振动诊断技术、音响发射诊断技术、频谱诊断技术

4、、热成像监测诊断技术等。与此同时，信号处理技术和模式识别、模糊数学、灰色系统理论等新的信息处理方法迅速发展，并应用于问题解决技术。结构损伤诊断技术方面的工作在国外大体上分为三个茄子发展阶段。(1)从20世纪40年代到50年代，探索阶段，重点分析建筑结构缺陷原因，研究维修方法，检查工作大部分以视觉法为主。(2)从20世纪60年代到70年代，为了发展阶段，着重对建筑检测技术及评价方法的研究，提出了破损检测无损检测物理检测等几十种茄子现代检测技术。还提出了分析评价综合评价模糊评价等多种评价方法。(3)20世纪80年代以后，指定了一些热规范和标准，强调了综合评价，引入了知识工程，使结构损伤检测工作朝着

5、智能化的方向发展。在国内，结构损伤诊断研究起步较晚，但近年来发展很快，在研究理论和方法方面，提出了基于模式的状态识别技术、统计学习分类技术、全息频谱技术、时序分析诊断技术、智能诊断技术等。结构损伤诊断技术已经开始应用于国民经济的重要生产部门，取得了相当大的经济效果。纤维增强复合材料的强度比模块高，性能比模块好，在很多领域受到了关注。它的破坏过程和损伤机理的研究是复合材料及结构研究、设计和质量检查的重大课题。文献1研究了承受拉伸载荷时芳香聚酰胺/环氧复合材料的损伤和破裂行为。徐璐发现不同的损坏类型徐璐表示不同的音响发射特性，音响发射信号的几个茄子相关图可以更好地确定损坏发生类型，并可以根据特定音

6、响发射特性参数值合理地确定临界载荷值。音响发射技术检测记录材料结构在受力状态下突然释放的应力波，判断结构内部损伤部位、损伤阶段、损伤机制、严重性等。基本原理是利用材料结构表面布置传感器将应力波转换为传记信号，通过放大器放大传记信号，将其放大到音响释放器，然后进行数字处理。文献2介绍了沙发技术的基本理论，探讨了沙发技术在复合材料损伤检测中的应用和发展，提出了存在的问题，展望了沙发技术在复合材料损伤检测中的应用。沙发分析是时变信号时频二维分析方法，具有多分辨率分析的特点，在时频两个域中都具有表征局部特征的能力。文献3实验研究表明，作者指出，长期使用的冲击后压缩强度(CAI)的物理意义模糊。有时会误

7、导材料研究和设计材料，提出了典型的层合板静态压痕力-英尺深度曲线的最大压痕力，应分别表示损伤阻抗性能。凹深度-使用压缩破坏变形曲线阈值压缩故障转移影响图像阈值(CAIT)指示与损坏误差范围的性能，并提供有关测试方法的建议。文献4结合神经网络、沙发转换和神经网络的两种茄子模拟方法，定量分析了复合材料的损伤位置。结果表明，通过沙发转换字典处理信号，可以大大提高损伤位置的识别率。文献5用T300碳纤维织成三维四向织物，编织偏角22，用CVI化学气相渗透法在950 1000沉积热炭界面层，SiC气体。最终得到了纤维体积分数约为40%、热解碳界面层厚度约为0.2微米、空隙率为17%的复合材料，表面SiC

8、涂层厚度为50m。由于基底由于热应力和外力引起了许多微裂纹，因此可以使用单向陶瓷基复合材料裂纹计算公式粗略估计3D2C/SiC的基底裂纹应力和裂纹间距。纤维团之间的空隙在蠕变中变形，孔表面的气体容易产生微小的裂纹，纤维团之间的角度不断变化。蠕变是由损坏引起的，属于损坏蠕变机。在弯曲、断裂韧性、蠕变、疲劳等实验中，纤维梁努力向拉伸应力方向伸直，在纤维束之间相对滑动，引起损伤是一种微观的损伤机制。室温和疲劳循环应力低，循环周期多的骨折粗糙度大，纤维质长。高温、高应力、循环周期少的制动器相对齐平，纤维较短。纤维束和基础介面以及纤维和基础接口的拆卸和滑动导致了损坏，主要是纤维束和基础之间磨损导致的损坏

9、，因此在纤维束相交的地方会出现更大的损坏。(大卫亚设，美国电视电视剧)文献6通过对纤维增强聚合物基复合材料的损伤和破坏力学分析，建立了材料模型，并利用基座侧裂纹的剪切延迟分析，获得了较好的基座裂纹定量分析结果。采用边界构型法，计算了各向异性材料裂纹体的应力强度系数，建立了裂纹的扩展标准，对玻璃纤维/酚醛复合材料板材进行了弹性分析Z，进行了理论和实验分析。得到了材料裂纹密度和刚度退化的相关曲线。实验结果验证了理论分析结果的正确性。得到应力强度系数S随裂纹尺度变化的曲线，以及纤维断裂和脱胶引起的刚度退化计算结果。应用文献7模态分析技术，在复合材料拉伸破坏实验中分析了音响发射信号，在复合材料的不同破

10、坏阶段提取了音响发射源信号的特性，对复合材料损伤模式识别进行了工作。文献8介绍了利用HHT算法提取损伤特征，利用损伤中能量的衰减特性确定损伤位置的lamb波进行复合材料损伤检测的定位方法。最后通过实验验证了牙齿方法。研究结果表明，牙齿文中提出的损伤定位方法可以有效地识别复合材料中的损伤。在文献9中，利用神经网络建立了复合材料冲击损伤检测方法，利用遗传算法，结合神经网络，优化了复合材料损伤检测的3个传感器的部署，结果得到了宫商法的验证。牙齿遗传神经网络方法具有一般性，可以有效地扩大相似传感器位置最优化问题。具有损伤自检测功能的智能复合材料是多传感器体系结构。传感器的数量和位置优化具有重要的使用价

11、值，需要深入研究。文献10利用音响发射技术对二维机织物C/SiC复合材料拉伸实验进行了全过程监控，通过音响发射多参数分析方法和骨折显微观察结合材料拉伸应力应变曲线，分析了二维机织物C/SiC复合材料拉伸损伤演化过程和损伤机理。结果，材料拉伸损伤的演化经历了三个阶段。第一阶段是无损阶段，材料发生无损。第二阶段是损伤的初始阶段，损伤主要是微裂纹裂纹，微裂纹裂纹基本上均匀发生在试样工作段。第三阶段是损伤加速阶段，损伤主要发生在宏观气体、介面裂缝、纤维束破裂、骨折区域。损伤第二阶段和第三阶段的转换点约为拉伸强度的76%，转换点的确定对2D机械C/SiC复合材料工程学科应用具有重要意义。在文献11中，为

12、了对复合材料进行结构健康和损伤监测，为了减少复合材料裂纹、应力集中、疲劳等引起的事故，建立了光纤传感系统，引入了神经网络算法，介绍了损伤程度和位置分类的实现。文献12测量了拉伸载荷下UHMWPE/HDPE复合材料的音响发射(AE)振幅信号。有明确的方法预测特殊样品，即纤维-基体介面解吸、基体破裂、纤维破裂、分层等破裂。扫描电子显微镜(SEM)观测样品的破损表面，鉴别了几种茄子特殊损伤类型产生的AE信号。在相同载荷条件下，完成了不同种类的UHMWPE/HDPE准各向同性胶合板音响发射检测。结果在特殊样本损伤类型和音响发射信号事件振幅之间形成了对应关系，揭示了上述各种准各向同性胶合板损伤扩展过程的

13、AE特征和损伤破坏机制。各种准各向同性胶合板样品的音响发射事件累积数取决于拉伸应力关系曲线，表明发生相同损伤类型时相应的拉伸载荷水平不相等，布置角度和布置顺序对损伤演化过程有显着影响。结果证明，他们的最终破坏是由于严重的层间分层造成的。文献13对粒子增强聚合物复合材料的力学行为进行了研究，结果表明材料屈服、裂纹核、扩展和穿透，直到最终绝热层都是逐步劣化的过程，损伤理论正是对牙齿劣化过程的良好描述。假设自由能及耗散前卫函数，推导出损伤演化规律，并与实验进行比较，模型和实验结果基本一致。进一步利用改进的双精度模型，重点研究了损伤对GB/PPO复合材料宏观裂纹的影响，建立了损伤模型，说明了材料的劣化

14、行为和裂纹扩展，表明损伤区域严重影响了裂纹尖端的性能。材料损伤对宏观裂纹的影响不容忽视。文献14中红外热波无损检测物体的热辐射特性，利用主动加热技术通过相关检测系统记录试样表面缺陷和气体材料徐璐其他热特性造成的温度差异，判断飞机复合材料的表面和内部损伤。红外热波无损检测与常规检测方法相比具有非接触、快速、直观、准确等优点。文献15模拟了聚丙烯复合材料本构模型的破坏机制，对CODAM模型进行了评价。首先确定聚丙烯复合codam模型的参数。然后，通过有限元模拟及其与标准材料实验的关联，确定拉、压和剪破坏参数。标准材料测试包括拉伸、压缩、紧凑拉伸和剪切测试。通过冲击试验初步验证了模型的有效性。文献1

15、6利用YAG激光和激光对固体火箭发动机外壳用碳纤维材料试样的两种茄子典型波长(10.16m和1.06m)的高能密度激光能量作用下的损伤实验研究，分析了波长对碳纤维试样的损伤效果和损伤方式的影响。结果：在相同的功率密度条件下，YAG激光能量不仅会导致表面树脂的分解碳化，还会直接引起纤维破裂，激光能量对碳纤维材料的损害主要表现在内部裴秀智分解。此外，YAG作用的试件的单位面积平均质量损失为28 .64，在激光作用下平均小于40.33%，约为71%。平均焦耳每激光能量的质量损失YAG为15 .0，小于实验结果21.4。从打谷热来看，在失去相同质量的条件下，YAG激光能量必须大于激光能量。文献17测量

16、了UHMWPE/LDPE复合材料的准静态拉伸作用下的音响发射(AE)信号，并用无监督模式识别方法对字典AE信号进行了分类，分析了多个样本(0，90和45/-45)的损伤机制。研究表明，模式识别(PR)方法可以识别样品中气体裂纹、纤维2气体介面解吸、纤维提取、纤维破裂等损伤模式，与使用检查电子显微镜(SEM)观察破坏截面的结果一致。UHMWPE/LDPE复合材料的AE信号属性仅受损坏模式的影响，与示例类型无关，PR方法可以有效区分不同损坏模式下的AE信号。每个损伤模式的AE信号累积数与变形的关系曲线清楚地反映了复合材料的损伤过程。AE信号的PR分析为复合材料的损伤机理分析提供了准确的依据。文献1

17、8总结了自组织特征映射(SOM)神经网络的结构和学习算法，提出了利用SOM神经网络对输入样本进行“集群”作用和MATLAB神经网络工具箱对错误模式分类，并通过U矩阵图模拟和分析分类结果的新方法。结果表明，可以准确地识别和分类网络对复合材料损伤监测的诊断故障。牙齿方法与常规可视化界面相比，视觉界面更简单、更直观、错误识别率更高，应用于材料无损检测效果更好。文献19计算了红外列中损坏的图像像素数，提供了自动测量飞机复合材料组件损坏面积的方法，并利用设计的复合材料标准测试块，计算了基于牙齿方法的损坏面积测量系统的测量精度。在对智能材料和结构各个领域的研究中，结构损伤健康监测是很有前途的。健康监测技术近年来由于其广泛的应用潜力引起了极大的关注它不仅在所有智能材料和结构的国际研讨会上提出，而且成为了专业研究课题。工具书1刘会熙、马允香、张港、芳香聚酰胺纤维/环氧复合材料的损伤和破坏过程的音响释放特性J，材料指南，2004.6，18 (6): 93-952东孝玛、张伟公、沙发分析技术在复合材料损伤检测中的应用J，仪器仪表学报，2004.8，25 (4): 489-4913沈、张紫龙、王振、杨胜春、艺林、复合材料损伤阻抗和损伤容限的性能表J，复合材料学报，2004.10，21 (5): 140-1454基于事件红、张伟公、