[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

说明书

本发明涉及一种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，监测装置包括声发射探头、压紧螺钉、上工装、下工装；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，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。

技术领域

本发明涉及一种C/SiC复合材料断裂行为能量信号原位监测装置及方法，属于试验与测试技术领域，应用于热结构复合材料紧固件受载破坏机理研究及失效分析技术领域。

背景技术

当前以高速、高机动的远距离精确打击为主要技术特征的航天飞行器已成为世界军事热点。研制高超音速飞行器的核心挑战之一是高温热结构的设计与研制。与金属材料相比，复合材料具有比强度和比刚度高等突出的优势，可应用于航空、航天等诸多领域，优异的断裂韧性、抗疲劳性能及抗蠕变能力使其成为高超声速飞行器热结构的主要候选材料。

目前，国内外高超声速飞行器研制中，C/SiC复合材料的使用逐渐增多，已经在飞行器舱段蒙皮、框/梁骨架及局部加强盒形件等结构中得到广泛应用。由于航天飞行器形状复杂，一般采用复合材料零部件单独复合、最后加工装配的方式进行飞行器组件的制备。为了保证优异的可匹配性能和使用可靠性需要采用相容性好的C/SiC复合材料紧固件进行固定和连接。由于装备过程中涉及的紧固件规格杂、数量多，使得复合材料连接成为热结构研制的关键技术之一。

C/SiC复合材料紧固件连接工况复杂，需要系统研究在受力承载过程中的断裂模式和失效机理。而现在对C/SiC复合材料断裂模式尚无明确的分析思路，解决上述问题，关键需要对C/SiC复合材料整个断裂过程进行原位监测，对断裂过程中的能量释放信号进行分析。因此提出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，与断口分析结合，解决C/SiC复合材料紧固件受力承载过程中的断裂模式和失效机理问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：一种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，为一种在检测与失效分析领域中的力学试验全过程能量信号的采集、检测与分析设备及方法。

本发明解决技术的方案是：一种C/SiC复合材料紧固件断裂行为能量信号原位监测装置，包括声发射探头、压紧螺钉、上工装、下工装；

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，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。

优选的，所述的装置还包括柔性垫片，所述压紧螺钉与声发射探头之间通过柔性垫片减震。

优选的，所述的坡口斜面之间的夹角范围60°～120°。

优选的，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。

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，包括如下步骤：

按照装置中所述的关系安装待监测C/SiC复合材料紧固件，并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；