【正文】 e 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 damage model according to the acoustic emission signal. Composite materials which boasting of different fiber angles was also tested and monitored by AE in order to study the three point bending damage process. Then, different types of damage characteristics of specimen were distinguished by AE parameter analysis. The results revealed that various specimen showed distinct different stressstrain relationship during bending process. Key Words： Construct。 AE。 5 緒 論 本課題的研究目的與意義 建筑工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有很重要的地位，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。樹(shù)脂基纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料由于可設(shè)計(jì)性好、高比強(qiáng)度和高比模量，并且具有防水隔熱隔音等性能，相對(duì)于傳統(tǒng)建筑材料的綜合性能更為優(yōu)異，從而在建筑業(yè)方面得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，主要被應(yīng)用于承壓結(jié)構(gòu)及建筑物加固結(jié)構(gòu) [13]。 基體開(kāi)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 。本文還討論了復(fù)合材料中的失效分析方法。復(fù)合材料界面分層缺陷的損傷累積將導(dǎo)致其整體力學(xué)性能的嚴(yán)重退化。 復(fù)合材料無(wú)損 檢測(cè) 通過(guò)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，可獲取其分層缺陷的分布特征。超聲波波長(zhǎng)與材料內(nèi)部缺陷尺寸相匹配，成為復(fù)合材料分層缺陷檢測(cè)的主要方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：高頻的超聲信號(hào)能有效檢測(cè)復(fù)合材料近表層位置的分層等界面缺陷， 而低頻的超聲信號(hào)可用于檢測(cè)深層的分層缺陷和厚度變化。以上無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在分層缺陷特征的獲取方面。 聲發(fā)射檢測(cè)對(duì)動(dòng)態(tài)缺陷敏感、能做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)外相關(guān)學(xué)者相繼開(kāi)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(píng)估方面的應(yīng)用研究。同時(shí)指出復(fù)合材料疲勞測(cè)試實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量龐大，可采取周期采樣的方式對(duì)聲發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 Blanch 和 Dutton[10]對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了在線聲發(fā)射監(jiān)測(cè)研究，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果進(jìn)行配合分析，為實(shí)際加載情況下復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整性監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究處于初步階段，主要涉及到復(fù)合材料裂紋缺陷的監(jiān)測(cè)。但是由于復(fù)合材料復(fù)雜的制作工藝，導(dǎo)致了其不均勻性、 各向異性等特點(diǎn)，所以其損傷形式也有多樣性，例如：纖維扭曲或斷裂、纖維與基體脫開(kāi)、分層、基體開(kāi)裂等，每種損傷形式對(duì)材料本身綜合性能都有很大的影響。 材料產(chǎn)生任何的變形和斷裂機(jī)制，都會(huì)對(duì)聲發(fā)射有影響。而聲發(fā)射的目的則是接收缺陷出現(xiàn)、擴(kuò)展、失效時(shí)的信號(hào)，通過(guò)對(duì)這些信號(hào)的分析，來(lái)確定材料內(nèi)部的缺陷 、損傷情況等。 大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，復(fù)合材料的損傷形式不同，其損傷和擴(kuò)展時(shí)所產(chǎn)生的聲發(fā)射源也不相同，采用發(fā)射技術(shù)對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和記錄，可通過(guò)其聲發(fā)射信號(hào)的能量、幅度及撞擊等特征對(duì)復(fù)合材料的損傷形進(jìn)行早期預(yù)報(bào)。 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(duì)在結(jié)構(gòu) 承載過(guò)程中易出現(xiàn)的分層 損傷 ，設(shè)計(jì) 含兩種 常見(jiàn)的 Ⅰ ， Ⅱ 型分層缺陷 的 玻璃纖維 復(fù)合材料 試樣。并且研究了含分層缺陷的纖維增強(qiáng)樹(shù)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。再到 90176。 結(jié)合萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的力學(xué)數(shù)據(jù)及聲發(fā)射傳感器監(jiān)測(cè)的聲發(fā)射信號(hào)，分析復(fù)合材料受載情況下分層擴(kuò)展的宏觀形貌，以及在受載破壞的不同階段聲發(fā)射 事件的幅值等特點(diǎn)，研究不同試件在拉伸和彎曲條件下的力學(xué)行為、相應(yīng)的聲發(fā)射特征及其界面損傷破壞微結(jié)構(gòu)特征，建立分層缺陷演化與聲發(fā)射特征信號(hào)及其界面力學(xué)性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系。創(chuàng)新之處主要表現(xiàn)在：利用聲發(fā)射技術(shù)動(dòng)態(tài)獲取復(fù)合材料分層缺陷加載作用下的演化行為，揭示界面缺陷對(duì)其演化的聲發(fā)射特征和力學(xué)性能的作用規(guī)律 。 1 復(fù)合 材料及失效模式 復(fù)合材料的定義、分類 復(fù)合材料的定義 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上性質(zhì)或結(jié)構(gòu)有差異的材料經(jīng)過(guò)特殊工藝加工制作而成的。其中基體相的作用是用于粘結(jié)，增強(qiáng)相的作用是作為骨架，它們之間不發(fā)生反應(yīng)，所以制成的復(fù)合材料既有它們的優(yōu)點(diǎn)，又能避免各自的缺點(diǎn)，使得復(fù)合材料的綜合性能可以滿足人們不同的需求。 復(fù)合材料的分類 復(fù)合材料按其分類形式的不同有很多種。是一種用纖維材料作為增強(qiáng)相，與基體相復(fù)合，來(lái)達(dá)到增強(qiáng)效果的材料。 ② 夾層復(fù)合材料。表面的材料稱為面材，內(nèi)部的材料稱為芯材。根據(jù)夾層的情況不同，又可以將夾層復(fù)合材料分為實(shí)心夾層和蜂窩夾層兩種。這種復(fù)合材料的增強(qiáng)相是一些硬質(zhì)金屬或者合金的細(xì)小顆粒，在基體中均勻的分布著。這種材料的增強(qiáng)相不是單一的，而是由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料，通過(guò)復(fù)雜的工藝，同時(shí)與一種基體復(fù)合。 (3)按其基體材料的不同分為： 9 ① 金屬基復(fù)合材料?；w金屬不同，其使用溫度也不相同 。 ② 陶瓷基復(fù)合材料。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(guò)程中易發(fā)生斷裂導(dǎo)致失效。 ③ 樹(shù)脂基復(fù)合材料。常用的樹(shù)脂基復(fù)合材料有熱固性和熱塑性兩種。還有外國(guó)為現(xiàn)代世人所驚嘆的古埃及金字塔，用石灰、火山灰等作基體，砂石來(lái)增強(qiáng)，建造的金字塔堅(jiān)實(shí)牢固。 但是，上述的歷史文明奇跡，是古代人在生活實(shí)踐中不斷創(chuàng)新、不斷改進(jìn)的成果，對(duì)復(fù)合材料的認(rèn)識(shí)還處于初步階段。早期的現(xiàn)代復(fù)合材料綜合性能比較低，使用十分范圍廣泛。 復(fù)合材料在建筑中的應(yīng)用 由于復(fù)合材料基體相與增強(qiáng)相的不同組合，其性能特點(diǎn)也不盡相同，所以在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。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(jiàn)復(fù)合材料在社會(huì)進(jìn)步中扮演著重要角色。 一個(gè)國(guó)家無(wú)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(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱之一。 隨著航空航天 材料高強(qiáng) 、 質(zhì) 輕 方面的 發(fā)展趨勢(shì)，復(fù)合材料 的 由于其 獨(dú)特的 性能 優(yōu)勢(shì)和較低的價(jià)格 ， 從 而得到了迅猛的發(fā)展，在建筑中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。鋁塑復(fù)合管是由聚乙烯、鋁管和鋁管壁上的黏結(jié)劑幾種物質(zhì)復(fù)合而成。內(nèi)芯鋁層具有很多優(yōu)點(diǎn)，如： ① 能夠完全阻止?jié)B透，消除滲透帶來(lái)的影響，還能絕對(duì)隔絕氧氣，高達(dá)100%； ② 能夠通過(guò) 控制熱膨脹系數(shù)來(lái) 有效 控制鋁塑復(fù)合管 尺寸 變化， 使其處于 一個(gè) 相對(duì) 較為恒定的范圍 ； ③相對(duì)于 傳統(tǒng)管材， 加入了抗靜電 性能，從而可以輸送石油天然氣等 靜電可 觸發(fā)的易燃化學(xué)品 ；④增強(qiáng) 了管 材的阻燃性能， 加快了 管材的 導(dǎo)熱 能力 ，使其能夠 在縱向散熱能力更強(qiáng) ；⑤可以吸收復(fù)合材料 變形時(shí) 產(chǎn)生的 能量，從而 可以使制成的管材制品 形狀 具有任意性 ； ⑥ 屏蔽各種電磁場(chǎng)的干擾； ⑦ 可以用金屬探測(cè)器測(cè)出管的鋪設(shè)位置； ⑧ 一定程度上對(duì) PE 起加強(qiáng)作用； ⑨ 顯著提高管的耐壓強(qiáng)度。因此，該管可用于與其他材料管件擠壓配合，冷熱自來(lái)水、酸堿鹽、燃?xì)獾雀鞣N液體、氣體的輸送。其性能由于鋁板和聚乙烯兩種單一材料。 因此 ，鋁塑復(fù)合材料 由于 上述 優(yōu)良 的性能， 首次在建筑 材料裝飾領(lǐng)域 應(yīng)用就 得到了人們的廣泛關(guān)注， 并 迅速風(fēng)靡 全球。 均是 用鋁塑復(fù)合材料制成的。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。 （ 2）纖維混凝土復(fù)合材料 前面已經(jīng)提到，纖維復(fù)合材料是一種以纖維作為增強(qiáng)相的材料。因此在建筑施工中經(jīng)常用 到的纖維復(fù)合材料 [19,20]。 為了 增加 混凝土的抗壓強(qiáng)度及 抗折強(qiáng)度 ，因而 可將 纖維作為增強(qiáng) 相 添加入 混凝土 中 ，利用 纖維自身的高強(qiáng)度， 高模量 等性能， 并且 通過(guò)調(diào)節(jié) 混凝土 中纖維的 分散 度 、分布形式、 所占比例及種類 ， 從而 提高 混凝土 的 綜合性能 。按照添加 的增強(qiáng)纖維的 長(zhǎng)短 可分為 短纖維 和長(zhǎng)纖維兩種 。長(zhǎng)纖維增強(qiáng)混凝土一般是用連續(xù)狀態(tài)的碳纖維或者芳綸等制成棒狀、網(wǎng)狀等不同形態(tài)的織物， 將 纖維 復(fù)合 入 幾種作為材料 基體的樹(shù)脂， 因而 纖維可以替換傳統(tǒng)的鋼筋 作為 骨架材料，這種材料作為一種新型的建筑材料 被廣泛 應(yīng)用于 外墻 或 建筑承載 結(jié)構(gòu)中 。所以纖維增強(qiáng)混凝土 能夠 滿足了建筑對(duì)鋼筋的要求，有效解決建筑可能會(huì)出現(xiàn)的受力的問(wèn)題，鋼材銹蝕現(xiàn)象也能避免，近年來(lái)此類事故發(fā)生率有了顯著降低，得到很好的控制。織布和涂層由于其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)不同，分別在材料中起不同的作用。 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。 ② 還可以用做蓬蓋布，常用的滌長(zhǎng)絲蓬蓋布材料質(zhì)輕軟、牢固、防水、阻燃還能防霉，由此能夠看出化纖涂層織物具有很多優(yōu)點(diǎn)。綜上，可以看出涂層織物在建筑中非常常見(jiàn)，可以用作膜結(jié)構(gòu)建筑材料、蓬蓋布、軟性屋頂?shù)?。連續(xù)的纖維片材修補(bǔ)、補(bǔ)強(qiáng)是一種把連續(xù)的纖維片，用樹(shù)脂粘合劑，粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)物的表面，通過(guò)粘貼表層與原結(jié)構(gòu)物體的協(xié)同作用，最終達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固原結(jié)構(gòu)構(gòu)件、改善受力現(xiàn)狀目的的加固技術(shù)。如碳纖維復(fù)合材料適用于鋼筋混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)變更、負(fù)荷增加、強(qiáng)度不足、裂縫延長(zhǎng)等加固工程；而芳綸的柔韌性較碳纖維的更好，因此更適合修補(bǔ)纏繞、柱狀結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)等工程。更加高強(qiáng)高效，施工便利，質(zhì)量 好，防護(hù)性能佳，使用更為范圍廣泛等。我國(guó)樹(shù)脂基復(fù)合材料的 起始于上個(gè) 世紀(jì) 60 年代 ， 經(jīng)過(guò) 幾十年的發(fā)展， 生產(chǎn) 技術(shù) 趨于 成熟，復(fù)合材料 種類 不再單一化，生產(chǎn)規(guī)模也 得到 擴(kuò)大， 復(fù)合材料 產(chǎn)量已經(jīng)躍居世界第二位， 在建筑業(yè) 方面 得到了 較為廣泛的應(yīng)用 ，所 占比重為 百分之 40 以上 [21]。 ② 樹(shù)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。樹(shù)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。透明樹(shù)脂基復(fù)合材料，也就是所謂的透明玻璃鋼的透光率高達(dá) 85%以上，而且能承受高荷載，不易破碎。 ⑥ 隔音。 ⑦ 絕緣性能好。 ⑨ 防水性好。 樹(shù)脂基復(fù)合材料由于具有上述諸多優(yōu)點(diǎn) ，隨著建筑業(yè)的發(fā)展，樹(shù)脂基復(fù)合材料也更多地應(yīng)用于建筑工程的各方面。 ② 作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料由于其具有保暖隔音的作用，可作為建筑的外墻板，隔墻板等。 ③采光材料。 ④門(mén)窗及裝飾材料。⑤ 給排水及通風(fēng)材料，常被應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)，風(fēng)電葉片、排水排氣管道、通風(fēng)櫥等。 因此樹(shù)脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料由于其高比強(qiáng)度、高比模量、透光隔音、成本較低等優(yōu)勢(shì)，較其他復(fù)合材料在建筑方面得到了更為廣泛的應(yīng)用。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(guò)程或者使用過(guò)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)的癱瘓，由此可見(jiàn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行失效分析十分重要。正因?yàn)閺?fù)合材料損傷的多樣性和復(fù)雜性，給失效分析的研究帶來(lái)了難度。 單向纖維層合板的失效模式 在復(fù)合材料中，通常纖維作為增強(qiáng)相起承載作用，而基體起支撐纖維作用。復(fù)合材料失效分析 通過(guò)對(duì) 材料 破壞 最終的損傷特征 進(jìn)行 分析 ，研究其 損傷模式 ， 對(duì)材料失效的早期預(yù)警具有重要意義 。 （ 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(shù)脂 基體抽出，二是纖維的斷裂 端部 有明顯 拉斷特點(diǎn) 。 而且纖維 表面光潔 ， 不會(huì)有 樹(shù)脂殘存。一個(gè)是以 Miller 和Winger 為首，