【正文】 dB。 27 4 結(jié)果與討論 不同鋪層方向結(jié)果分析 斷口形貌分析 實(shí)驗(yàn)對三種不同鋪層方向的試件進(jìn)行加載， 觀察試件破壞形貌，發(fā)現(xiàn) 0176。 （ 2） 啟動(dòng)聲發(fā)射檢測儀的控制及數(shù)據(jù)采集軟件，進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置頁面，按照提示進(jìn)行采集參數(shù)的設(shè)置。 最后 對層合板 機(jī)械加工 切割 形成復(fù)合材料條形拉伸試件。 針對顯示的 數(shù)據(jù)我們 可以看出聲發(fā)射源位置和衰減程度。 聲發(fā)射信號，根據(jù)其在時(shí)域上的特點(diǎn)，可分為突發(fā)型信號和連續(xù)型信號兩種。 80 年代初 期 ，美國 PAC 公司 在 聲發(fā)射檢測系統(tǒng)中 將當(dāng)時(shí)先進(jìn)的 微處理計(jì)算機(jī)技術(shù) 應(yīng)用在其中 ， 研發(fā)出 第 二代源定位聲發(fā)射檢測儀器， 同時(shí)開發(fā)了與此相關(guān)的分析軟件，用于對采集的聲發(fā)射信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 聲發(fā)射技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 50 年代末 60 年代初現(xiàn)代聲發(fā)射技術(shù)開始興起，德國的凱塞（ Kaiser）發(fā)現(xiàn)許多金屬和合金在變形失效過程中都有聲發(fā)射現(xiàn)象的發(fā)生，例如：銅、黃銅鋅、鋁、鑄鐵等。 2. 聲發(fā)射監(jiān)測 聲發(fā)射技術(shù)概述及發(fā)展 聲發(fā)射技術(shù)概述 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們越發(fā)的關(guān)注安全問題、重視安全生產(chǎn)，因此無損檢測技術(shù)也得到了很好的發(fā)展來滿足人們?nèi)找嬖龆嗟男枨?。?dāng)分層損傷破壞達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，強(qiáng)度呈現(xiàn)直線下降，從而導(dǎo)致復(fù)合材料性能失效。通過觀察復(fù)合材料拉伸歷程，可發(fā)現(xiàn)在開始階段，變形為非線性的。 Smith 等人認(rèn)為這種磨損損傷可以為判定試件是否發(fā)生壓縮失效提供證據(jù)，在其他失效模式中，不會(huì)出現(xiàn)斷裂表面是沒有分開的現(xiàn)象。 而且纖維 表面光潔 ， 不會(huì)有 樹脂殘存。 ④門窗及裝飾材料。樹脂基材料由于表面光潔，可配制成色彩鮮艷、花紋構(gòu)造不同圖案，經(jīng)常用于建筑的裝飾。 纖維復(fù)合材料的涂層織物有其獨(dú)特的特點(diǎn)： ① 質(zhì)輕，易拆裝，結(jié)構(gòu)輕巧，美觀耐用，且具有一定的保溫性能。建筑師在這些建筑上選擇使用鋁塑板，是綜合考慮其耐久性與整潔性，而且還能給建筑物的外觀增添時(shí)尚的色彩、提供多變的建筑風(fēng)格。 一個(gè)國家無論發(fā)達(dá)與否，建筑工業(yè)都在經(jīng)濟(jì)中占有很重要的地位，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱之一。陶瓷本身具有脆性，所以使得這類復(fù)合材料也具有脆性，在服役過程中易發(fā)生斷裂導(dǎo)致失效。 ② 夾層復(fù)合材料。并且研究了含分層缺陷的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在不同的鋪層角度下，其中分層缺陷用 塑料 薄膜 模擬， 鋪層方向改變?yōu)?從 0176。同時(shí)指出復(fù)合材料疲勞測試實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)量龐大，可采取周期采樣的方式對聲發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本文還討論了復(fù)合材料中的失效分析方法。埋藏較淺的分層缺陷會(huì)導(dǎo)致高應(yīng)力纖維的過早斷裂和分層的大面積擴(kuò)展；隨分層深度的增加，聲發(fā)射事件明顯減少，聲發(fā)射源主要分布在斷裂部位及其相鄰區(qū)域。聲發(fā)射計(jì)數(shù)率、幅度分布、相對能量和撞擊源定位信號等特征與復(fù)合材料試件的彎曲損傷破壞相對應(yīng)。 由于復(fù)合材料層合板中層間破壞主要形式為樹脂基體損傷，其斷裂能小于需要纖維斷裂的層外破壞，因此，一般復(fù)合材料損傷的主要原因是由于復(fù)合材料分層等界面缺陷的作用。 Anastassopoulos 和 Kouroussis 等 [9]針對葉片測 試過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射事件，進(jìn)一步提出針對復(fù)合材料損傷分級和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究的模式識別系統(tǒng)。到 45176。由性質(zhì)或者結(jié)構(gòu)不同的材料通過分層組合制成的。因?yàn)槔w維有較高的韌性，而且能有效抑制裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，所以為了克服陶瓷基具有脆性的缺點(diǎn)，提高這類材料的韌性，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中通常用纖維作為增強(qiáng)相。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求越來越高，因此降低建設(shè)成本、提高建筑質(zhì)量、保護(hù)環(huán)境等成了現(xiàn)代建 筑行業(yè)的 發(fā)展趨勢 。鋁塑板 由于復(fù)合作用 11 產(chǎn)生的高性能、 建筑 現(xiàn)場施工可以 達(dá)到 的 生產(chǎn)技術(shù) ， 材料 需求量便于 獲取，并且 工期可得到大大縮短 等 特性，從而成為 這些 建筑 材料的 首選?？梢宰鳛槟そY(jié)構(gòu)建筑材料，這種建筑材料，可以增加房屋功能，延長 建筑壽命。 ④ 透光性佳。復(fù)合材料由其具備防水隔熱的優(yōu)勢，此類復(fù)合材料包括平板、復(fù)合板 13 及裝飾板，可被應(yīng)用 在門窗等框型結(jié)構(gòu)中，也可作為裝飾材料被用于天花板、浮雕等處。 對于這一觀點(diǎn)，主要持兩種態(tài)度。 （ 3）橫向拉伸失效 在橫向拉伸載荷下，復(fù)合材料有可能會(huì)出現(xiàn)只有樹脂基體發(fā)生損傷而纖維不破壞的情況，當(dāng) 單向纖維復(fù)合板 試件在受到橫向拉伸載荷時(shí)，在基體及層間會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力 集中區(qū)域，最終樹脂基體或?qū)娱g由于承受不了這種應(yīng)力集中從而發(fā)生開裂，導(dǎo)致試件由于基體開裂或界面分層作用而發(fā)生失效，這種情況被稱為基體失效模式。這一現(xiàn)象的原因是 裂紋在開裂的過程中，在裂紋 尖端區(qū)域的樹脂基體出現(xiàn)了應(yīng)力松弛的現(xiàn)象，此時(shí)這個(gè)區(qū)域的纖維鋪層承受單向拉伸應(yīng)力，但是如果樹脂基體的韌性較好 ，這種 橫向開裂的生長將會(huì)延遲 。因此，尋找復(fù)合材料分層損傷臨界值具有重要的分析意義。無損檢測（ Nondestructive Testing，縮寫為 NDT），是指在不影響設(shè)備正常運(yùn)行或者破壞構(gòu)件的性能時(shí)，檢查構(gòu)件內(nèi)部、外部缺陷或測量構(gòu)件無法直接觀察得到的特征的技術(shù)方法。凱塞最顯著的發(fā)現(xiàn)是證明了材料 在發(fā)生 變形過程中 ，所產(chǎn)生的 聲發(fā)射信號 是一次性的，即 具有不可逆性，也就是現(xiàn)在人們常說 的“凱塞效應(yīng)” ，是指材料 在加載、卸載后， 重新加載的期間， 加載的載荷不超過之前的最大載荷時(shí) 不會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號。 通過對計(jì)算機(jī)控制，可以實(shí)現(xiàn)對被檢儀器或構(gòu)件的實(shí)時(shí)監(jiān)測和同步的數(shù)據(jù)分析。突發(fā)型信號通常幅值高，持續(xù)時(shí)間為微秒級，在時(shí)域上不連貫，波形可以分離。 聲發(fā)射技術(shù)在復(fù)合材料中的應(yīng)用 復(fù)合材料的比強(qiáng)度比模量高、可設(shè)計(jì)性好，并且具有力學(xué)性能優(yōu)良及耐腐蝕等一些良好的物理化學(xué)性能，從而在工程上各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為避免試驗(yàn)機(jī)夾具加載過程中對 試件 造成局部應(yīng)力的損壞，并減少 試驗(yàn)機(jī)噪聲影響，在試件 的 夾持部位兩側(cè)粘 貼 上 金屬片 。 傳感器頻帶為 100~450KHz，中心頻率為 150KHz， 信號采集閥值設(shè)為 46dB。試樣擴(kuò)展裂紋尖端平齊，并且 擴(kuò)展長度最長，其分層縱剖面纖維斷裂較少，其分層損傷主要為基體開裂； 177。在這一過程中，試件開始受到。試樣擴(kuò)展較為平齊，但 裂紋 擴(kuò)展長度最短，分層縱剖面可以明顯看出 45176。 （ 4） 用游標(biāo)卡尺測量制備試樣的寬度和厚度，分別測出距試樣中心兩側(cè) 50mm 的點(diǎn)，并做出標(biāo)記。將 玻璃纖維預(yù)浸料 裁剪成 280 mm200 mm 尺寸大小，獲得 層合板 厚度約為 6 mm。這些缺陷在使用承載的過程中，就有可能成為裂紋源，從而導(dǎo)致 各種各樣的損傷形式的出現(xiàn)，主要包括纖維斷裂、基體開裂、分層及脫粘等類型。有研究指出，實(shí)際所有的聲發(fā)射信號均為突發(fā)型信號，當(dāng)應(yīng)力波發(fā)生頻率很高，其信號在時(shí)域上 連貫 不能分離時(shí)，則表現(xiàn)為連續(xù)型信號。這標(biāo)志著聲發(fā)射檢測儀器進(jìn)入了參數(shù)和波形混合分析的階段，更加便于人們直觀的觀察和分析 [3336]。在此期間，美國和日本也開始了對聲發(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損檢測提供依據(jù)。 在實(shí)際的生產(chǎn)使用過程中，要想材料沒有損傷是不可能的。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。當(dāng)拉伸載荷不斷增加，在與橫向開裂垂直的方向上，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。 （ 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。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。 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]。 ⑤ 有較好的隔熱性能。 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。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 過載安全性。 （ 1）鋁 塑復(fù)合材料 目前比較常見的有兩種鋁塑復(fù)合材料：鋁塑復(fù)合板、鋁塑復(fù)合管。樹脂基復(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?？梢愿鶕?jù)人們的實(shí)際需要，來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)。并且改變不同分層深度和分層型式， 分別用萬能試驗(yàn)機(jī)和聲發(fā)射儀監(jiān)測材料的力學(xué)性能及聲發(fā)射信號。 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)測研究，提出針對近海復(fù)合材料實(shí)時(shí)監(jiān)測的可行性。因此，復(fù)合材料分層型式及損傷階段的識別對復(fù)合材料分層等界面缺陷的無損檢測與剩余強(qiáng)度評估具有重要意義 [5]。因此可以根據(jù)聲發(fā)射信號 判斷缺陷損傷模型。 本文 利用聲發(fā)射技術(shù)對含單個(gè)分層復(fù)合材料試件進(jìn)行全程監(jiān)測，研究復(fù)合材料彎曲加載下的力學(xué)響應(yīng)行為、損傷破壞特征和對應(yīng)的聲發(fā)射特性。 基體開裂、分層、纖維斷裂及纖維基體脫粘是復(fù)合材料的四種基本失效形式 。近年來，國外相關(guān)學(xué)者相繼開展了聲發(fā)射技術(shù)在復(fù)合材料的早期損傷預(yù)警和服役可靠性評估方面的應(yīng)用研究。 7 研究路線 本文采用層壓成型工藝 制造了 建筑 用的 復(fù)合材料 層合板，并 針對在結(jié)構(gòu) 承載過程中易出現(xiàn)的分層 損傷 ，設(shè)計(jì) 含兩種 常見的 Ⅰ ， Ⅱ 型分層缺陷 的 玻璃纖維 復(fù)合材料 試樣。是一種用纖維材料作為增強(qiáng)相，與基體相復(fù)合，來達(dá)到增強(qiáng)效果的材料。 ② 陶瓷基復(fù)合材料。以上都是復(fù)合材料在各行各業(yè)中應(yīng)用的 體現(xiàn)，可見復(fù)合材料在社會(huì)進(jìn)步中扮演著重要角色。 均是 用鋁塑復(fù)合材料制成的?？棽己屯繉佑捎谄浣Y(jié)構(gòu)、性質(zhì)不同，分別在材料中起不同的作用。 ② 樹脂基復(fù)合材料的 機(jī)械 性能較好， 可在很大范圍內(nèi)進(jìn)行變動(dòng)，能獲得力學(xué)性能 差別很大的材料。 ③采光材料。 （ 1）縱向拉伸失效 單向?qū)雍习宓目v向拉伸 斷裂 形貌 主要 表現(xiàn) 為 兩種特征：一是有大量的纖維 從樹脂 基體抽出，二是纖維的斷裂 端部 有明顯 拉斷特點(diǎn) 。如果纖維發(fā)生了屈曲，界面可能因 為受到剪切力而失效；如果 樹脂基體的韌性較強(qiáng)，則可以抵抗的界面應(yīng)力較大而不出現(xiàn)基體損傷，纖維發(fā)生彎曲變形，因而此時(shí)的失效形式表現(xiàn)為彎曲。 所以 ， 它的主要破壞的原因分為兩種，一種是單層的破壞，另一種是層與層之間的分層失效 。試樣剪切破壞形貌 有出現(xiàn) 一定程度的分層 特征 。 Ⅱ 型損傷 (滑移型 )，三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是目前被廣泛接受的 Ⅱ 型層間斷裂試驗(yàn)方法，而且三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中的層間斷裂是 純 Ⅱ 型斷裂 [28]。 通過采集、記 錄聲發(fā)射信號，利用 儀器 對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測的技術(shù) 稱為聲發(fā)射技術(shù)。 隨著聲發(fā)射技術(shù)研究的發(fā)展，人們從理論研究轉(zhuǎn)換到應(yīng)用和儀器的研究，聲發(fā)射理論方面的基礎(chǔ)研究也相對的減少了許多。因此，我們可以通過采集并分析這些聲發(fā)射信號，達(dá)到診斷材料內(nèi)部損傷的目的。 圖 聲發(fā)射檢測原理 Fig. The detection principle of acoustic emission 圖 為聲發(fā)射檢測原理圖。先將預(yù)浸料鋪設(shè)在平板模具上，然后將其放入烘箱中在 溫度為 100℃ 條件下加熱使其固化，獲得纖維增強(qiáng)復(fù)合材料層板。對于 Ⅱ 型分層， 也是 采用 一 個(gè) 聲發(fā)射探頭 進(jìn)行監(jiān)測， 此時(shí)對試件進(jìn)行 三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn) ， 兩 個(gè) 支撐點(diǎn) 之間的間距設(shè)置為 100mm。 （ 10） 當(dāng)試樣斷裂，拉伸試驗(yàn)停止時(shí)，迅速停止聲發(fā)射儀的數(shù)據(jù)采集，并保存 力學(xué)數(shù)據(jù)。在 0s50s 時(shí)，載荷隨時(shí)間的變化幅度不大，聲發(fā)射撞擊數(shù)很少而且幅度都小于 60dB。試樣裂尖與水平方向成一定角度，擴(kuò)展長度較 177。 （ 6） 開啟 萬能拉壓試驗(yàn)機(jī)和與其相連的計(jì)算機(jī)，設(shè)置參數(shù)。 圖 含單個(gè)分層缺陷試件 Fig. Specimens with single delamination defect 鋪層方向不同的試樣制備 本實(shí)驗(yàn)所用玻璃 纖維環(huán)氧預(yù)浸料為單向和多軸向兩種類型。 復(fù)合材料構(gòu)件在使用和服役過程中，受到腐蝕、疲勞等外界環(huán)境的影響和材料性能的老化，難免會(huì)產(chǎn)生損傷破壞。目前，實(shí)際工程通常采用聲發(fā)射技術(shù)對缺陷位置進(jìn)行源定位后，加以采用其他無損檢測方式對其進(jìn)行復(fù)驗(yàn) [41,42]。從研究范疇來看，最初是僅限于斷裂力學(xué)、壓力容器和金屬疲勞等方面的研究，到現(xiàn)在發(fā)展到復(fù)合材料、磁聲發(fā)射等領(lǐng)域；從應(yīng)用方面看， 80 年代中期聲發(fā)射檢測技術(shù)首次應(yīng)用于壓力容器和金屬構(gòu)件的檢測，到 90 年代以來，我國成功研制出核反應(yīng)的聲發(fā)射換能器和前置放大器。聲發(fā)射研究最初始于 50 年代，隨著聲技術(shù)的發(fā)展，聲發(fā)射檢測作為一種新興技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并且有良好的成果。對于檢測，傳統(tǒng)的檢測觀念 是在發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行修補(bǔ)，能夠在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)盡快修復(fù)，爭取使損失情況達(dá)到最小。因此研究含分層復(fù)合材料的損傷破壞過程對 建筑結(jié)構(gòu)如何選用合適的 復(fù)合材料具有 十分重要的 意義。層纖維的翹曲變形，之后纖維層與樹脂結(jié)合能力降低，從而出現(xiàn)分層及其余層的屈曲變形。復(fù)合材料破壞的影響因素主要包括纖維種類、纖維鋪層方向及環(huán)境，失效破壞是各種導(dǎo)致?lián)p傷因素的集合。因此他通過繪制 了一個(gè)大的斷裂區(qū)域圖 ， 從而由起始狀態(tài)的一些因素推斷出整個(gè)試件的最終裂紋擴(kuò)展方向。復(fù)合材料構(gòu)件的損傷失效是在所難免的 ，它可能出現(xiàn)在建筑的施工過程或者使用過程中，并且這些構(gòu)件的失效可能導(dǎo)致整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的