基于声发射技术和电子显微技术的纤维复合材料的损伤监测方法

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玄武岩纤维复合材料是一种具有优良力学性能的建筑结构材料,其在土木工程中可以通过粘贴或者缠绕在已有结构的表面起到加固的作用。本文针对BFRP材料的疲劳损伤情况,结合声发射技术和电子显微技术进行了连续地监测,研究了声发射信号所携带的损伤信息,并且对BFRP复合材料不同的损伤类型进行了分类。通过计算声发射信号的累计能量,实现了对BFRP复合材料疲劳损伤的监测、评估及损伤模式的识别和演变的研究。论文的主要研究工作如下:在本文中,首先通过手糊法制作了无方向性差异的14层BFRP复合材料层合板。进而对制作好的BFRP复合板进行了三点弯曲的疲劳试验。同时,将声发射被动监测技术和电子扫描显微技术联合应用于BFRP复合材料的疲劳试验中,对疲劳损伤进行连续地动态监测。其次,使用基于小波变换的时频分析方法而不是传统的峰值频率法,对接收到的声发射信号进行处理,时频分析的数据结果能够更好地描述声发射信号的特性,得到了很好的结果。结合分段监测的电子扫描图像,对BFRP复合材料的疲劳损伤进行了系统的描述。再次,通过时频分析图和电子扫描显微照片,识别出了80-160kHz(低频带)、160-300kHz(中频带)和300kHz以上(高频带)这三个声发射信号的主要频带,对应于基体胶质的破碎、纤维和基体的分层破坏、以及纤维丝的断裂破坏三个基本的损伤模式。因此,总共有七种不同的损伤模式会发生在BFRP复合材料中,包括前面的三种基本的损伤模式,以及它们之间相互组合得到的四种损伤模式。最后,通过对不同损伤模式释放的能量进行累加,得到BFRP疲劳损伤的演变情况。三种基本破坏形式是相辅相成的,相互促进的。纤维丝和基体胶质之间的分层破坏是BFRP复合材料疲劳损伤中的最重要的破坏形式,基体胶质的破坏发生在加载的前期,而随着加载的进行,纤维丝的破坏往往发生在加载的末期。
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