基于多模式超声成像的CFRP冲击损伤无损表征与冲击后压缩强度预测

作     者：张伟 王彬文 樊俊铃 詹绍正 焦婷 杨宇 ZHANG Wei;WANG Binwen;FAN Junling;ZHAN Shaozheng;JIAO Ting;YANG Yu

作者机构：中国飞机强度研究所西安710065 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2023年第44卷第1期

页      面：296-306页

核心收录：

学科分类：07[理学] 08[工学] 070206[理学-声学] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(51601175) 航空科学基金(20200009023004) 企业创新青年人才托举计划(2021-1-2) 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室开放课题(SV2021-KF-01) 

主　　题：碳纤维增强树脂基复合材料 冲击损伤 冲击后压缩强度 多模式超声成像 无损表征 

摘      要：为实现含冲击损伤复合材料层板损伤特性和剩余强度的定量无损表征,提出了一种基于多模式超声成像的CFRP层板冲击损伤表征与冲击后压缩强度预测方法。首先,基于相控阵超声多模式成像技术获得了不同冲击载荷下AC631/CCF800H双马来酰亚胺树脂基复合材料层板分层损伤的位置、尺寸和分布信息,随后,以层析C扫描图像为基础,引入等效开孔体积对其冲击后压缩强度进行了预测。结果表明:相控阵超声B扫描、声程C扫描和层析C扫描等多种成像模式相结合,能够有效描述层板内部分层损伤的形貌、尺寸及三维空间分布特征;与凹坑深度拟合和最大开孔体积拟合等传统方法相比,基于层析C扫描图像的等效开孔体积与CFRP层板的冲击后压缩强度相关性更大,预测结果也更为精确。相关研究成果可为复合材料冲击损伤过程精细化分析和材料力学性能定量无损表征提供一定的借鉴和参考。