【正文】 期間，美國(guó)和日本也開(kāi)始了對(duì)聲發(fā)射的研究，并且研究出了 不同種類材料及損傷機(jī)制下所產(chǎn)生的聲發(fā)射源的物理特征，這些特征可為工程材料損傷診斷及無(wú)損檢測(cè)提供依據(jù)。 這種 技術(shù) 能夠全程的、 連續(xù) 的 、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)到材料 19 或構(gòu)件的信號(hào)，并且對(duì)開(kāi)裂、裂紋擴(kuò)展和分層等缺陷十分敏感，所以聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中占有重要地位，成為了評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)完整性和分析結(jié)構(gòu)破壞全過(guò)程的重要手段 [2932]。 聲發(fā)射源 作為一種 彈性波源，這種波源直接與材料的變形和裂紋的擴(kuò)展甚至斷裂有關(guān)，例如：金屬材料中裂紋的產(chǎn)生、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、晶界滑移等；復(fù)合材料中纖維與基體脫開(kāi)、分層、基體開(kāi)裂等這些都是明顯的聲發(fā)射源。而目前的無(wú)損檢測(cè)觀念與傳統(tǒng)的檢測(cè)觀念有很大的不同，是預(yù)先管理，要求對(duì)構(gòu)件定期檢測(cè)，盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)可能發(fā)生的事故、故障進(jìn)行預(yù)報(bào)，并且能在事故發(fā)生之前采取一定的措施，從而在有效的對(duì)事故進(jìn)行預(yù)測(cè)管理、預(yù)防事故的發(fā)生。 在實(shí)際的生產(chǎn)使用過(guò)程中，要想材料沒(méi)有損傷是不可能的。所以，本文采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 分層是復(fù)合材料的主要復(fù)合方式，而分層損傷是復(fù)合材料主要破壞、失效形式之一，在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行分層損傷型式主要表現(xiàn)為 Ⅰ 型分層和 Ⅱ 型分層， Ⅰ 型分層屬于張開(kāi)型開(kāi)裂， Ⅱ 型分層屬于滑移型開(kāi)裂，其中以 Ⅰ 型張開(kāi)型損壞最為嚴(yán)重。 并且， 國(guó)內(nèi)外 研究人員近年來(lái)對(duì)復(fù)合材料分層損傷模式做了很多的研究 [2426]。因此，分層擴(kuò)展損傷是復(fù)合材料多種損傷模式中最為常見(jiàn)。 （ 4）分層失效 分層損傷會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌度的改變，往往是呈現(xiàn)降低的變化。45176。因此在 壓縮失效的過(guò)程中，剪切應(yīng)力與壓縮應(yīng)力同時(shí)存在，從而導(dǎo)致樹(shù)脂基體破壞，受力承載的纖維斷裂失效。當(dāng)拉伸載荷不斷增加，在與橫向開(kāi)裂垂直的方向上，裂紋密度逐漸增大，最終裂紋密度達(dá)到飽和，從而導(dǎo)致材料失效斷裂。 （ 1）單層拉伸失效 在受到拉伸載荷的條件下，纖維鋪層方向不同的復(fù)合材料將出現(xiàn)橫向開(kāi)裂層。通過(guò)對(duì)比分析 斷口形貌，可以確定裂紋 產(chǎn)生的部位 和 發(fā)展方向 。單向?qū)雍习宓氖Ｊ街饕ㄎ⒂^裂紋的生成，及層合板邊緣及界面開(kāi)裂導(dǎo)致的分層損傷。 （ 4）橫向壓縮失效 試件的橫向壓縮失效與均勻材料的壓縮破壞原理有類似的地方，會(huì)出現(xiàn)沿著纖維鋪向方向的基體界面的剪切破壞現(xiàn)象。通常在受到縱向壓縮應(yīng)力時(shí)，試樣主要的失效 形式是剪切屈曲，還有一部分可能會(huì)產(chǎn)生分層損傷和磨損。 （ 2）縱向壓縮失效 因?yàn)闃?shù)脂基體和纖維的泊松比不同，所以當(dāng)外部對(duì)試件施加縱向壓力時(shí)，試件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的拉伸應(yīng)力。 Bailey 和 Bader 證明不能僅僅根據(jù)斷裂面纖維的干凈與否來(lái)判斷纖維和 基體間的強(qiáng)度。另一個(gè)則是以 Smith和 Grove等人為首認(rèn)為，從纖維末端的斷裂起始位置和由此發(fā)出的射線狀 棱線能夠判斷出纖維的失效方向。部分研究者提出在同一應(yīng)力下， 纖維從基體中 抽出 的 長(zhǎng)度 會(huì) 隨著環(huán)境參數(shù) 如溫度濕度的改變而改變，通常是 成 正比關(guān)系 。 為 盡量減少?gòu)?fù)合 材料失效 所造成的損失，因此 材料 失效 的 早期預(yù)警 很有 必要。復(fù)合材料的失效與金屬的單一斷裂失效模式不同，有多種失效形式，如基體開(kāi)裂、纖維斷裂及分層等，并且受多種因素影響，纖維和樹(shù)脂的參數(shù)性能、結(jié)構(gòu)順序及使用環(huán)境等都對(duì)復(fù)合材料的失效有影響。 ⑥ 其他，復(fù)合材料還被應(yīng)用于高層建筑屋頂，復(fù)古建筑，家具，座椅等各類制品 [22]。玻璃鋼樹(shù)脂基體具有一定的透光性，可以用于制備透明及半透明結(jié)構(gòu)板，被應(yīng)用于各種工廠車間、民用建筑的采光罩、遮陽(yáng)板等，在農(nóng)業(yè)上搭建溫室也有涉及。 ① 作為承壓結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料作為柱、梁及樓板等承載構(gòu)件，被應(yīng)用于高層建筑及腐蝕廠房的承重構(gòu)件。 ⑧ 玻璃鋼有抗微生物作用，耐酸堿等有機(jī)溶劑及海水腐蝕的特殊能力。 ⑤ 有較好的隔熱性能。 ③ 裝飾效果好。 （ 3）樹(shù)脂基復(fù)合材料 樹(shù)脂基復(fù)合材料又稱為玻璃鋼，有優(yōu)良的性能，因此廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)。不同的纖維復(fù)合材料因其性能的差異，適用于不同的環(huán)境。 ③經(jīng)常 應(yīng)用在軟性屋頂上，軟性屋頂 主要 分為兩種 情況 ： 一種是 充氣式 ，一種是 帳篷式。織物在材料中作為骨架，承擔(dān)著復(fù)合材料受力，影響著材料的抗張力、抗撕裂力、尺寸穩(wěn)定性等；而 涂層劑 通過(guò)覆蓋在織物表面，從而 對(duì) 材料表面 起到了 保護(hù)作用及改性作用。 這種纖維復(fù)合材料增強(qiáng)混凝土中的碳纖維， 保持了其原有的密度低，強(qiáng)度、硬度、強(qiáng)度和彈性模量高，能導(dǎo)電磁，較易適應(yīng)周圍環(huán)境，耐磨損、高溫惡劣 環(huán)境，能與混凝土良好粘結(jié)等優(yōu)點(diǎn)。 目前 常用 的纖維增強(qiáng)材料 按照 材料 組成主要分為 碳纖維、芳綸和丙綸 。纖維材料有許多優(yōu)點(diǎn)，如可設(shè)計(jì)性能好 ， 高比強(qiáng)度 ，高比模量 和高比剛度 ， 抗疲勞性 能 好 及 較好的抗腐蝕性 ，良好的 抗震性 及 過(guò)載安全性。 加拿大安大略省的溫莎市 娛樂(lè)場(chǎng) 的 外墻建筑裝飾 材料 也是選用了鋁塑 復(fù)合材料 ，由 大約 2 萬(wàn) 片 鋁塑板 拼接而成。具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、色彩多變、適應(yīng)氣候性強(qiáng)、安裝方便、裝飾效果好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于墻壁的裝修、舊樓翻新改造等。 鋁塑復(fù)合管由于其獨(dú)特的材料結(jié)構(gòu)，具有 比強(qiáng)度比 模量高、耐腐蝕 性 好、可彎曲性好、脆化溫度低、質(zhì)量輕、耐熱性 及 隔熱保溫性能好、阻燃、屏蔽和抗靜電、節(jié)省能源的特點(diǎn)。 （ 1）鋁 塑復(fù)合材料 目前比較常見(jiàn)的有兩種鋁塑復(fù)合材料：鋁塑復(fù)合板、鋁塑復(fù)合管。以下著重介紹幾種復(fù)合材料，并說(shuō)明其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用體現(xiàn)。標(biāo)志著人類對(duì)復(fù)合材料的認(rèn)識(shí)進(jìn)入理性階段的 是， 20 世紀(jì) 40 年代纖維復(fù)合材料的發(fā)展和研究，這也是復(fù)合材料發(fā)展的里程碑。這些都是材料的宏觀復(fù)合，也就是原始的復(fù)合材料。樹(shù)脂基復(fù)合材料是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的一種，基體是 有機(jī)聚合物 ，增強(qiáng)相是纖維。是用陶瓷作為基體的復(fù)合材料。是金屬或者合金作為基體，纖維、顆?；蚓ы氉鳛樵鰪?qiáng)相的復(fù)合材料。 ④ 混雜復(fù)合材料。可以根據(jù)人們的實(shí)際需要，來(lái)確定面材和芯材的性質(zhì)，比如強(qiáng)度、 剛度、厚度、質(zhì)量等參數(shù)。此類復(fù)合材料目前比較常用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多復(fù)合材料不但有高比強(qiáng)度、高比模量、延展性較好、抗腐蝕等特點(diǎn)，而且制作成本也能被人們接受，因此，廣泛的被應(yīng)用于 航空航天、機(jī)械、建筑等行業(yè) [1314]。從而為復(fù)合材料在建筑上的安全使用及剩余強(qiáng)度評(píng)估提供一定的借鑒。并且改變不同分層深度和分層型式， 分別用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和聲發(fā)射儀監(jiān)測(cè)材料的力學(xué)性能及聲發(fā)射信號(hào)。并用萬(wàn)能拉壓試驗(yàn) 機(jī)對(duì)含分層缺陷復(fù)合材料進(jìn)行加載破壞，并通過(guò)聲發(fā)射實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加載狀態(tài)下分層缺陷的演化過(guò)程。從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)、危險(xiǎn)預(yù)估，減少由于材料失效造成的事故。所以在材料服役期間對(duì)其進(jìn)行安全評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估十分重要，而聲發(fā)射檢測(cè)是監(jiān)測(cè)材料損傷過(guò)程、分析破壞機(jī)理的有效方法 [12]。 Bent 和 Lars 等 [11]進(jìn)行了復(fù)合材料遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究，提出針對(duì)近海復(fù)合材料實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的可行性。 Dutton 和 Blanch 等 [8]利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)加載過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行靜力、疲勞和剩余強(qiáng)度測(cè)試，分析相應(yīng)聲發(fā)射信號(hào)響應(yīng)行為，對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行損傷定位和特征研究，高幅值和高能量信號(hào)的出現(xiàn)代表復(fù)合材料失效破壞。而復(fù)合材料分層缺陷的演化行為研究，應(yīng)建立在對(duì)分布特征和缺陷演化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性有全面認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上。 Rai?utis 等 [7]采用 和 400KHz 兩種超聲傳感器，將傳感器與移動(dòng)水箱相連，并采用耦合劑將移動(dòng)水箱與復(fù)合材料表面緊密貼合，可降低超聲傳感器自反射的影響，并且延長(zhǎng)了復(fù)合材料內(nèi)部多層組織結(jié)構(gòu)缺陷的反射。因此，復(fù)合材料分層型式及損傷階段的識(shí)別對(duì)復(fù)合材料分層等界面缺陷的無(wú)損檢測(cè)與剩余強(qiáng)度評(píng)估具有重要意義 [5]。上述四種基本失效模式雖然可組合出多種復(fù)雜模式，但任何復(fù)合材料的失效均可分為以“基體控制為主”或以“纖維控制為主”兩 種 [4]。然而長(zhǎng)期以來(lái)，建筑材料由于消耗能 量大，污染排放大，生產(chǎn)效率低，新型建筑材料的發(fā)展已經(jīng)成為越來(lái)越迫切的需求。 Composite。因此可以根據(jù)聲發(fā)射信號(hào) 判斷缺陷損傷模型。結(jié)果表明， 分層缺陷的位置不同對(duì)復(fù)合材料 力學(xué)性能的影響不大，但其損傷破壞形式明顯不同。 玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 因綜合性能非常出色，具有高 比強(qiáng)度、 高 比模量 ，以及 抗疲勞性能 優(yōu)良 等 特點(diǎn) ，在 建筑 領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛 。然而 傳統(tǒng) 建筑材料由于其高能耗、高污染及生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)，從而使新型綠色高產(chǎn)的建筑材料具有廣闊的發(fā)展空間。 本文 利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)含單個(gè)分層復(fù)合材料試件進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，研究復(fù)合材料彎曲加載下的力學(xué)響應(yīng)行為、損傷破壞特征和對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射特性。 不同分層型式的聲發(fā)射事件數(shù)目及能量有較為明顯的差異。 關(guān)鍵詞： 建筑；復(fù)合材料；聲發(fā)射；分層 建筑用樹(shù)脂基復(fù)合材料損傷性能研究 Damage Research of Resin Matrix Composite Material in Architecture Abstract The construction industry accounts for a large proportion of the national economy. traditional Building materials have many disadvantages like high energy consumption, high pollution and low efficiency of production, so the New type of building materials which are green and highproducing have a broad space for development. Glass fiber reinforced posite material bees the most monly used material of architectural construction because of its advantages like high specific strength, high specific modulus and good fatigue resistance performance. But the posite under the influence of manufacturing process and wind load, it would appear structural damage such as fiber fracture and delamination, and then caused fracture or buckling failure. In order to solve this problem, this paper monitored the posite with delamination by the Acoustic emission (AE) technology. In this study, AE was used to monitor the three point bending test of delaminated posite material with a single delamination defect. The mechanical response behavior, damage and failure characteristics, and the corresponding AE characteristics of the posite materials have been investigated. The results show that the location of the delamination defect has little effect on the mechanical properties of the posite materials, whereas the damage failure mode is significantly different. The shallow delamination defect will lead to the early fracture of highstress fibers and a large area of delamination growth. As the depth of the delamination increases, the acoustic emission events decreases significantly, and the AE source location is focused on the fracture site and its adjacent areas. The AE count rate, amplitude distribution, relative energy, and source location signals are connected with the bending damage and failure of the posites. The number and energy of acoustic emission events of different types of delamination are significantly different. Therefore, we can judge the damag