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CC复合材料三点弯曲损伤声衰减特性研究

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C/C复合材料三点弯曲损伤声衰减特性研究作者:邬亚华

来源:《硅谷》2011年第13期

摘要:根据“QJ2099-1991三向纤维增强复合材料弯曲性能试验方法”标准制作标准三点弯曲试样,采用超声穿透法研究C/C复合材料在三点弯曲载荷作用下,不同损伤程度下的超声衰减特性,探头频率2MHz。研究结果表明超声信号衰减与三点弯曲损伤有较好的对应关系。

关键词: C/C复合材料;三点弯曲;超声穿透法;损伤

中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2011)0710103-02

0 引言

碳/碳复合材料(简称C/C复合材料)是碳纤维增强碳基体复合材料,具备高强度、高刚度、低密度、优良的烧蚀性能和抗摩擦性能、良好的抗热震性能、低蠕变、高温下强度保持率高等一系列优良性能[1]。C/C复合材料是一种非均质各向异性材料,对它进行研究时,除了了解它的宏观力学性能,对损伤过程中的微观情况的研究也是非常重要的。剪切损伤对于材料是一种很严重的损伤,本文中通过对C/C复合材料进行三点弯曲加载分析剪切损伤的超声表征方法。

1 C/C复合材料的剪切试验

C/C复合材料是一种非均质的各向异性材料,其断裂过程比均质材料更加复杂。在均质材料中,应力和应变可以在物体内的任一点定义。但是对于非均质的复合材料,严格说,是无法规定一点的应力和应变的,因为这个点可能落在基体内,也可能落在纤维上,它不能代表整个非均质材料的特性[2]。弯曲试验是比较常用的一种试验方法。对于这种复杂的非均质复合材料,三点弯曲试验能够比较全面的反映C/C复合材料力学性能的优劣。因此本课题中采用了三点弯曲试验。

三点弯曲试验,即将试样放置在三点弯曲装置两支点上,通过上压头对试样进行加载,使试样破坏直至其断裂为止。在试验机压头上装有载荷传感器,以测量载荷F的大小。

本试验中采用试样为采用了碳纤维准三维针刺预制增强体经气相沉渍渗碳(CVI)复合而成,试样如图1。

本试验参照《三向纤维增强复合材料弯曲性能试验方法》,均采用矩形截面的长方体试样,尺寸为:15mm×8mm×80mm(b×h×L),加载速度为0.5mm/min。跨距为70mm。

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