[发明专利]C/SiC复合材料紧固件断裂行为能量信号原位监测装置及方法

权利要求书

1.一种C/SiC复合材料紧固件断裂行为能量信号原位监测方法，其特征在于：

在安装待监测C/SiC复合材料紧固件前，对待监测C/SiC复合材料紧固件采用表面检测及μ-CT记录材料表面损伤及内部缺陷信息，结合原位监测结果，研究材料的断裂源区与表面、内部缺陷的对应关系；其中，采用μ-CT分别沿紧固件预期开裂部位横向、轴向相互垂直的两个方向进行观察，并对尺寸≥0.1mm的缺陷进行记录；

设计C/SiC复合材料紧固件断裂行为能量信号原位监测装置，并安装待监测C/SiC复合材料紧固件，所述的监测装置包括声发射探头、压紧螺钉、上工装、下工装、红外热像仪；所述的上工装和下工装均为框架式工装，框架式工装上设置装卡头分别用于与试验机连接，上工装的下框架以及下工装的上框架上均设置与待监测C/SiC复合材料紧固件外径尺寸一致的豁口，其中所述上工装的豁口外开坡口，所述的坡口斜面之间的夹角范围60°~120°；待监测C/SiC复合材料紧固件穿过所述的豁口并在所述的上框架、下框架表面进行固定，两个声发射探头均通过安装在上工装/下工装上的压紧螺钉顶紧并与所述的紧固件两端耦合；所述红外热像仪用于采集热像信号；所述的红外热像仪在加载试验加载时长在0.6~0.7T范围时开启，在材料断裂后1~5s结束信号采集；所述的T为待监测C/SiC复合材料紧固件的力学加载总时长；所述的红外热像仪的采样频率大于100Hz；

利用装卡头将监测装置安装在电子万能试验机上；采用声发射信号数据线将声发射探头与声发射数据采集器连接，在坡口前方放置红外热像仪；

利用电子万能试验机对所述紧固件进行加载试验，同时开启声发射探头采集加载试验过程中的声发射信号，并通过红外热像仪采集热像信号；

利用整个加载试验过程中声发射探头采集的两路声发射信号确定每个加载时刻的声发射信号定位结果及能量计数率，以及根据红外热像信号的衬度确定紧固件的初始破坏源区；

通过两路声发射信号得到整个加载过程能量信号的累积值，通过累积过程中出现的阶跃信号，对断裂行为进行分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括柔性垫片，所述压紧螺钉与声发射探头之间通过柔性垫片减震。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的上工装及下工装上均设置横梁用于安装压紧螺钉，其中横梁与其它框架组成的空间的高度要大于压紧螺钉的长度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在安装待监测C/SiC复合材料紧固件前，对待监测C/SiC复合材料紧固件采用表面检测及μ-CT记录材料表面损伤及内部缺陷信息，结合原位监测结果，研究材料的断裂源区与表面、内部缺陷的对应关系。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：采用实体显微镜，在50X-200X放大倍数下对紧固件表面缺陷进行统计，所述的表面缺陷包括牙型损伤、表面孔洞、螺纹破坏和微观裂纹；所述的内部缺陷包括孔洞、裂纹、分层、夹杂。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的红外热像仪在加载试验加载时长在0.6~0.7T范围时开启，在材料断裂后1~5s结束信号采集；

所述的T为待监测C/SiC复合材料紧固件的力学加载总时长。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于：所述的红外热像仪在3.5~5.1μm波段上收集红外信号，采样频率大于100Hz，距离试样距离为40~50cm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在所述紧固件断裂后，首先采用实体显微镜在20X-50X放大倍数下对断口宏观形貌进行观察；其次采用实体显微镜或扫描电镜在100X-200X放大倍数下对螺钉侧面台阶进行观察，在200X-500X放大倍数下对断口纤维方向进行观察，在500X-2000X放大倍数下对断面粗糙程度进行观察，建立初始破坏源区与断口形貌的对应关系。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述加载试验的加载速率不大于1mm/min。