复合材料检测技术课件.ppt

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1p 教学内容教学内容CMCCMC用用基体材料基体材料非金属基复合非金属基复合材料材料CMC用用增强材料增强材料CMCCMC的的制备技术制备技术CMCCMC的界面和增的界面和增韧机理韧机理其它非金属基复合其它非金属基复合材料材料第第7章章（1讲讲）第第2章章（2讲讲）第第3章章（1讲讲）第第4章章（2讲讲）第第5章章（2讲讲）第第6章章（2讲讲）第第1 1讲绪论讲绪论、第第2 2讲陶瓷基复合材料的研究进展及特点讲陶瓷基复合材料的研究进展及特点、第、第8 8讲复合材料力学及检测技术，共讲复合材料力学及检测技术，共1515讲，最后考试。

2、讲，最后考试。检测加工及评价检测加工及评价典型陶瓷基复合材典型陶瓷基复合材料的制备料的制备（2讲讲）2各向异性典型国产树脂基复合材料单向板的力学性能典型国产树脂基复合材料单向板的力学性能HT3/5224（高强碳纤维/环氧）HT3/QY8911（高强碳纤维/双马）纵向拉伸模量E1（GPa）140 135 横向拉伸模量E2（GPa）8.6 8.8 面内剪切模量G12（GPa）5.0 4.5 主泊松比V12 0.35 0.33 纵向拉伸强度Xt（MPa）1400 1239 横向拉伸强度Yt（MPa）50 38.7 纵向压缩强度Xc（MPa）1100 1281 横向压缩强度Yc（MPa）180 189

3、 面内剪切强度S（MPa）99 81.2 3高比强度和比刚度典型连续纤维增强复合材料力学性能典型连续纤维增强复合材料力学性能 材料材料 密度密度（g/cm3）拉伸强度拉伸强度（MPa）拉伸模量拉伸模量（GPa）比强度比强度（MPa/g/cm3）比模量比模量（GPa/g/cm3）S玻璃玻璃/环氧环氧 2.0 1790 55 895 27.5 高强碳高强碳/环氧环氧 1.57 1520 138 968 87.9 高模碳高模碳/环氧环氧 1.60 1210 221 756 138 Kevlar49/环氧环氧 1.38 1520 86 1101 62.3 高强碳高强碳/双马双马 1.61 1548 1

4、35 961 83.9 硼纤维硼纤维/Al 2.49 1343 217 539 87.1 SiC/SiC 2.1 300 100 142 47.6 高强铝合金高强铝合金 2.7 647 72 239 26.4 高强钢高强钢 7.83 1750 207 223 26.7 4层合板层合板静态力学性能表征与测试n纵向拉伸力学性能n横向拉伸力学性能n纵向压缩力学性能n横向压缩力学性能n纵横剪切力学性能n短梁层间剪切强度n弯曲性能5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 6压缩力

5、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Yc 7压缩力学性能试验（ASTM D 3410及GB/T385683标准）8压缩力学性能试验（HB 548591标准）9压缩力学性能试验（GB/T 52581995标准）10压缩力学性能试验（GB/T 52581995标准）11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

6、剪切试验方法测试：面内剪切模量G12、面内剪切强度S )(bh2P2/Gyxyx12121212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 ibibib13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 14层合板韧性性能试验层合板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 15开孔拉伸和压缩强度试验16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

7、料层压板开孔拉伸试验方法 17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 18冲击后压缩强度n冲击损伤19冲击后压缩强度n冲击后压缩强度降曲线（T300/5208）20冲击后压缩强度n冲击装置21冲击后压缩强度n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 先进复合材料压缩试验方法 22层间断裂韧性试验n层压板结构的层间应力集中问题23层间裂纹问题（层间断裂力学）n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。24I型层间断裂韧性试验nHB 740296 碳纤

8、维复合材料层压板I型层间断裂韧性GIc试验方法 25II型层间断裂韧性试验nHB 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 26复合材料的无损检测技术27缺陷与损伤的类型q 缺陷：（制造原因）v 气孔（孔隙率）（25）经验性30敲击检测 标准敲击锤：4次/秒31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32超声检测n原理：q 频率：110Mhzq 工作方式：n脉冲回波法n穿透法33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

9、测气孔疏松和分层34超声检测成像系统主要性能指标35超声检测超声C扫描检测分层（172厂C扫描仪）36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）37X射线照相法（X-ray photography）n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n软X射线（铍窗口），低电压（1017kV），小焦点n检测气孔，夹杂，纤维取向，胶接质量X射线机被检件X光底片38X射线照相法蜂窝芯进水检测39X射线照相法蜂窝开裂检测40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

10、变。功能：检测胶接质量，脱胶，分层，是超声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41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789565611010431-载荷传感器 2-位移传感器 3-试件4-声发射传感器 5-直流放大器 6-前置放大器7-声发射监测系统 8-打印机 9-示波器10-载荷头42原理：应用：胶接结构与复合材料的缺陷

11、和强度检测声超声检测（Acousto-Ultrasonic）可控制的重复频率（R表示重复频率）累加器（C表示振荡计数）复位计数器（T表示时间）脉冲发生器放大和增益控制计数器阈值RTCSWF超声发射器声发射接收器耦合剂脉冲激励应力波43检测方法的选择n任何一种检测方法都不可能检测所有缺陷和损伤n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n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n声振法是胶接件，蜂窝夹层结构的首选检测方法44检测方法的选择不同缺陷检测方法的选择缺陷类型检测方法脱粘听声、超声分层听声、超声纤维取向软X射线夹杂软X射线、超声蜂窝芯压塌软X射线、超声穿透法富胶和贫胶区软X射线、超声疏松和裂纹（内部）软X射线、超声疏松和裂纹（外部）渗透45检测方法的选择不同不同类型结构检测方法的选择结构形状检测方法层压板结构无特殊要求穿透法超声C 扫描回波法超声C 扫描穿透接触法回波接触法成形结构（正弦式或凹面形状）射线照相脉冲回波数字测厚蜂窝组件平面形穿透法超声C 扫描射线照相胶结连接平面形平面形成形件穿透法超声C扫描射线照相声振法4647 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:48