复合材料检测技术课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,1,复合材料的力学性能与检测技术1,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,）,2,教学内容CMC用非金属基复合材料CMC用CMC的CMC的界,各向异性,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,面内剪切强度,S,（,MPa,）,99,81.2,3,各向异性典型国产树脂基复合材料单向板的力学性能HT3/522,高比强度和比刚度,典型连续纤维增强复合材料力学性能,材料,密度（,g/cm3,）,拉伸强度（,MPa,）,拉伸模量（,GPa,）,比强度（,MPa/g/cm3,）,比模量,（,GPa/g/cm3,）,S,玻璃,/,环氧,2.0,1790,55,895,27.5,高强碳,/,环氧,1.57,1520,138,968,87.9,高模碳,/,环氧,1.60,1210,221,756,138,Kevlar49/,环氧,1.38,1520,86,1101,62.3,高强碳,/,双马,1.61,1548,135,961,83.9,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,2.7,647,72,239,26.4,高强钢,7.83,1750,207,223,26.7,4,高比强度和比刚度典型连续纤维增强复合材料力学性能 材料 密度,层合板,静态力学性能表征与测试,纵向拉伸力学性能,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,5,层合板静态力学性能表征与测试5,拉伸力学性能试验,GB/T 3354,1999,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,拉伸力学性能试验GB/T 33541999 定向纤维增强塑,压缩力学性能试验,GB/T 3856,1983,单向纤维增强塑料平板,压缩性能试验方法；,HB 5485,91,碳纤维增强树脂基复合材料薄板,压缩性能试验方法；,GB/T 5258,1995,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GB/T 38561983 单向纤维增强塑,压缩力学性能试验,（,ASTM D 3410,及,GB/T3856,83,标准 ）,8,压缩力学性能试验（ASTM D 3410及GB/T3856,压缩力学性能试验（,HB 5485,91,标准,）,9,压缩力学性能试验（HB 548591标准 ）9,压缩力学性能试验（,GB/T 5258,1995,标准 ）,10,压缩力学性能试验（GB/T 52581995标准 ）10,压缩力学性能试验（,GB/T 5258,1995,标准 ）,11,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 3355,1982,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,12,面内剪切力学性能试验（纵横剪切试验）GB/T 335519,短梁层间剪切强度试验,标准：,GB/T 3357,1982,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,13,短梁层间剪切强度试验标准：GB/T 33571982 单向,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,弯曲性能试验GB/T 3356-1999 单向纤维增强塑料弯,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,层合板韧性性能试验开孔拉伸强度试验 15,开孔拉伸和压缩强度试验,16,开孔拉伸和压缩强度试验16,开孔拉伸和压缩强度试验,开孔拉伸强度试验,HB 6740,93,碳纤维复合材料层压板开孔拉伸试验方法,17,开孔拉伸和压缩强度试验 开孔拉伸强度试验17,开孔拉伸和压缩强度试验,开孔压缩强度试验,HB 6741,93,碳纤维复合材料层压板开孔压缩试验方法,18,开孔拉伸和压缩强度试验开孔压缩强度试验 18,冲击后压缩强度,冲击损伤,19,冲击后压缩强度冲击损伤19,冲击后压缩强度,冲击后压缩强度降曲线（,T300/5208,）,20,冲击后压缩强度冲击后压缩强度降曲线（T300/5208）20,冲击后压缩强度,冲击装置,21,冲击后压缩强度冲击装置21,冲击后压缩强度,冲击后压缩强度,HB 6739,93,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,冲击后压缩强度冲击后压缩强度22,层间断裂韧性试验,层压板结构的层间应力集中问题,23,层间断裂韧性试验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）,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。,24,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,I,型层间断裂韧性试验,HB 7402,96,碳纤维复合材料层压板,I,型层间断裂韧性,G,I,c,试验方法,25,I型层间断裂韧性试验HB 740296 碳纤维复合材料层压,II,型层间断裂韧性试验,HB 7403,96,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,II型层间断裂韧性试验HB 740396 碳纤维复合材料层,复合材料的无损检测技术,27,复合材料的无损检测技术27,缺陷与损伤的类型,缺陷：（制造原因,）,气孔（孔隙率）（,25,）,经验性,30,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,敲击检测,标准敲击锤：,4,次,/,秒,31,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,敲击检测电子敲击器日本WP-63232,超声检测,原理：,频率：,1,10Mhz,工作方式：,脉冲回波法,穿透法,33,超声检测原理：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：,主要检测气孔疏松和分层,34,超声检测显示方式34,超声检测成像系统主要性能指标,35,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）,37,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,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（,10,17kV,），小焦点,检测气孔，夹杂，纤维取向，胶接质量,38,X射线照相法（X-ray photography）原理：利用,X,射线照相法,蜂窝芯进水检测,39,X射线照相法蜂窝芯进水检测39,X,射线照相法,蜂窝开裂检测,40,X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：,S,9 Sondicator,声振检测,美国,Staveley NDT Technologies,公司,Sonic BondMaster,综合声振检测仪,41,声振检测（Acousto-Vibration）原理：由敲击法,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,42,声发射检测（Acoustic Emission）原理：42,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,）,43,原理：声超声检测（Acousto-Ultrasonic）4,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,44,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缺陷检测方法的选择缺陷类型检测方法脱粘听声,检测方法的选择,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,46,检测方法的选择不同类型结构检测方法的选择结构形状检测方法穿透,复合材料不同缺陷检测方法的比较,47,复合材料不同缺陷检测方法的比较47,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,第5章 CMC的界面及增韧机理5.1 界面与表,