[实用新型]检测碳纤维复合材料破坏失效的声发射装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及复合材料无损检测与健康监测研究领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料破坏失效声发射检测装置。

背景技术

碳纤维复合材料是目前国内外广泛研究和使用的先进复合材料，它是由若干纤维和基体经过物理和化学的方法宏观上复合制成，各组分之间能“取长补短”、“协同作用”，具有刚度和强度高、比重小、疲劳和断裂韧性好等优点，这些是一般的金属材料所不具备的，已在航空航天、压力容器和管道、新能源与节能、风力发电、汽车、海洋与船舶、土木、体育器材等领域显示出优越性，应用前景良好。

然而，由于复合材料的损伤失效机理十分复杂，主要失效模式分为层内和层间损伤。从微观力学来讲，复合材料层内损伤通常还包括纤维断裂、基体开裂和纤维/基体界面分离、纤维屈曲等。由于复合材料在微观上是不均匀的，纤维/基体分散性大，材料内部存在各种随机的缺陷（主要缺陷有：气孔、分层、疏松、越层裂纹、界面分离、夹杂、树脂固化不良和钻孔损伤等），材料内部微裂纹的产生、累积与裂纹的扩展将降低材料的强度与刚度，从而降低结构的使用寿命。因此，复合材料在服役过程中，对其进行无损检测和健康检测十分重要。

目前，针对复合材料的无损检测方法有射线检测技术（包括X射线，红外线，微波，CT照相等方法）、超声检测技术、声发射检测技术、涡流检测技术、敲击检测技术、光纤传感器检测技术等。射线检测虽然有检测速度快、精度高、结果直观等优点，但X射线、CT照相的检测设备复杂昂贵，需要进行安全防护。超声检测穿透能力大，探伤灵敏度高，但对工件表面光洁度要求较高，同时需要专业人员操作。涡流检测根据不同环氧树脂配比和纤维编制排列的材料的电导率不同来检测裂纹，仅适用于导电复合材料，对测试人员也需专门培训。敲击检测方法设备简单，操作方便，但仅适合大型复合材料结构的现场检验，对小缺陷灵敏度低；光纤应变传感器检测具有一系列的优点，如稳定性好、可靠性高、精度高、抗干扰、结构简单等，但设备昂贵，不适用于常规检测。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳纤维复合材料破坏失效声发射检测装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种检测碳纤维复合材料破坏失效的声发射装置，它包括两个传感器、前置放大器、带通滤波器和声发射仪；其中，所述两个传感器分别与前置放大器相连，前置放大器、带通滤波器和声发射仪依次相连。

进一步地，所述声发射仪主要由信号采集处理系统、记录与显示系统相连组成；所述带通滤波器与声发射仪的信号采集处理系统相连。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的装置具有实时信号反馈连续、灵敏度高、操作简便等优点，可动态提取和反馈复合材料在加载过程中出现的破坏失效信息；一次试验中可整体探测和评价整个复合材料结构的缺陷状态；适应于监控复合材料结构的早期或临近破坏特性预测。

2、本实用新型的方法通过声发射测试获取的幅值-时间图、能量-时间图、计数-时间图和幅值-位置曲线图，可准确、快速地确定复合材料在各个加载阶段的主导失效模式和失效机理，为深入研究复合材料的性能劣化机制提出技术支撑。

附图说明

图1是本实用新型装置的线框原理框图；

图2是铅笔芯模拟声发射信号装置图；

图3是铅笔芯破裂源标定法原理图。

具体实施方式

作为一种检测复合材料结构破坏失效特征的先进技术，声发射技术具有实时信号反馈连续、灵敏度高、操作简便等优点，可以提取和反馈复合材料动态损伤和失效过程中的信息。目前，国内外已开展了基于声发射技术的复合材料破坏失效研究，然而对含有多种铺层角度、不同开孔尺寸的复合材料层合板的破坏失效特性研究较少。因此，本实用新型提出一种能够检测不同铺层、不同开孔尺寸的复合材料层合板破坏失效特性的声发射技术方法，其研究对象主要以[0o]、[90o]或两种铺层相交的[0o/90o]、[45o/-45o]层合板为主，研究方法主要通过搭建复合材料声发射测试系统，提取声发射特征参数（如能量、频率和幅值等）随加载历程的关系曲线，深入剖析复合材料的损伤演化特性、失效机理和主导失效模式，为复合材料结构的安全运行提供一种无损检测方法。