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1、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,高比强度和比刚度,典型连续纤维增强复合材料力学性能,层合板静态力学性能表征与测试,纵向拉
2、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/T 33541999 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1 、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/T 38561983 单向纤维增强塑料平板 压缩性能试验方法； HB 548591 碳纤维增强树脂基复合材料薄板 压缩性能试验方法； GB/T 52581995 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1 、纵向压缩强度Xc ；横向压缩模量E2、横向压缩强度
3、Yc,压缩力学性能试验（ASTM D 3410及GB/T385683标准 ）,压缩力学性能试验（HB 548591标准 ）,压缩力学性能试验（GB/T 52581995标准 ）,压缩力学性能试验（GB/T 52581995标准 ）,面内剪切力学性能试验（纵横剪切试验）,GB/T 33551982 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/T 33571982 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i,弯曲性能试验,GB/T 3356-1999 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
4、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 HB 674093 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 HB 674193 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 HB 673993 碳纤维复合材料层压板冲击后压缩试验方法 BSS 7260 先进复合材料
5、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,HB 740296 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,HB 740396 碳纤维复合材料层压板II型层间断裂韧性GII c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510 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
6、,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，25） 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：110Mhz 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,
7、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-ray photography）,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（1017kV），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
8、脉冲回波法检测的补充 典型仪器： S9 Sondicator 声振检测 美国Staveley NDT Technologies 公司 Sonic BondMaster 综合声振检测仪,声发射检测（Acoustic Emission）,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,检测方法的选择,不同类型结构检测方法的选择,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:,
