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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

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航空学报 2023年第1期44卷 296-306页

作者：张伟王彬文樊俊铃詹绍正焦婷杨宇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

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... 详细信息

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。

关键词：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

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冲击损伤对PDC侧压强度的影响

中南大学学报（自然科学版） 2010年第5期41卷 1998-2004页

作者：陈枫徐根徐国平马春德中南大学现代分析测试中心湖南长沙410083 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 金瑞新材料科技股份有限公司湖南长沙410012

利用Instron1342型材料试验机以及SHPB冲击加载装置,通过二次破坏性侧压加载,测试聚晶金刚石复合片(Polycrystalline diamond compacts,PDC)试样损伤前后的侧压强度。研究结果表明:提高加载速率可以提高PDC的侧压强度,而增加PCD厚度则使... 详细信息

利用Instron1342型材料试验机以及SHPB冲击加载装置,通过二次破坏性侧压加载,测试聚晶金刚石复合片(Polycrystalline diamond compacts,PDC)试样损伤前后的侧压强度。研究结果表明:提高加载速率可以提高PDC的侧压强度,而增加PCD厚度则使PDC抗侧压能力降低;另一方面,加载速率越高,PCD层越厚,由冲击载荷引起的PDC内部损伤就越严重,前、后2次加载测得的PDC抗侧压强度差异就越大。

关键词：聚晶金刚石复合片冲击损伤侧压强度加载速率有限元分析

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基于HHT的复合板非接触冲击损伤定位研究

稀有金属材料与工程 2021年第2期50卷 469-474页

作者：王自平费跃钱磊孙思江苏大学土木工程与力学学院江苏镇江212013

航空/航天器、汽车、轮船等工程设施在服役过程中受到其他物体的冲击时,造成的损伤会引起构件的失效甚至会造成灾难性事故,如何采取有效的措施监测和评定这类活性冲击损伤至关重要。为了实现实时、准确地定位工程结构中的冲击损伤,提出... 详细信息

航空/航天器、汽车、轮船等工程设施在服役过程中受到其他物体的冲击时,造成的损伤会引起构件的失效甚至会造成灾难性事故,如何采取有效的措施监测和评定这类活性冲击损伤至关重要。为了实现实时、准确地定位工程结构中的冲击损伤,提出了一种基于扫描式激光多普勒测振仪(SLDV)的非接触式冲击损伤定位方法。将希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT)应用于信号处理中,得出最佳响应频率谱,将分离出的本征模函数(IMF1)用于幅值全加和幅值全乘的圆轨迹定位成像中。实验结果表明,HHT方法可用于实现复合材料的非接触式冲击损伤定位中。

关键词：冲击损伤希尔伯特黄变换非接触激光多普勒测振圆轨迹

不同工况及链速下矿用刮板动力学特性及冲击损伤研究

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振动与冲击 2016年第24期35卷 51-58页

作者：张强王海舰郭桐付云飞辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000 四川理工学院材料腐蚀与防护四川省重点实验室四川自贡643000 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023

为研究矿用刮板在不同工况及链速下的动力学特性和冲击损伤,建立26×92规格刮板系统的有限元模型,采用ANSYS Workbench中的瞬态分析模块和显式动力学分析模块对刮板在不同工况和链速下的动力学特性进行了仿真分析,采用nCode Glyp Works... 详细信息

为研究矿用刮板在不同工况及链速下的动力学特性和冲击损伤,建立26×92规格刮板系统的有限元模型,采用ANSYS Workbench中的瞬态分析模块和显式动力学分析模块对刮板在不同工况和链速下的动力学特性进行了仿真分析,采用nCode Glyp Works分析刮板启动工况下的冲击损伤,得到刮板在空载平稳运行、满载平稳运行、空载启动和满载启动工况下的力学性能、不同链速对刮板最大等效应力时间历程的影响规律和空载、满载启动冲击载荷对刮板所造成的损伤程度。仿真结果表明,该刮板具有良好的力学性能和抗冲击性能,为研究不同规格刮板的动力学特性及冲击损伤提供了一种通用的研究方法。

关键词：刮板不同工况链速动力学特性冲击损伤

复合材料结构冲击损伤检出概率的试验研究与分析

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复合材料学报 2013年第4期30卷 231-237页

作者：肖闪闪陈普会沈薇沈真南京航空航天大学航空宇航学院南京210016 中国飞机强度研究所西安710065

复合材料结构在服役过程中遇到的损伤主要来自于意外冲击,会产生永久性的凹坑。为了得到凹坑的检出概率,采用最大似然估算法对一般目视检测(GVI)和详细目视检测(DET)的两种损伤检出概率模型(POD评估模型,即累积对数正态模型和对数奇函... 详细信息

复合材料结构在服役过程中遇到的损伤主要来自于意外冲击,会产生永久性的凹坑。为了得到凹坑的检出概率,采用最大似然估算法对一般目视检测(GVI)和详细目视检测(DET)的两种损伤检出概率模型(POD评估模型,即累积对数正态模型和对数奇函数模型)中的参数进行评估;开展详细目视检测的试验研究,并根据检测数据对POD模型进行了验证。结果表明:凹坑深度的检出概率曲线更符合累积对数正态模型。绿色板的凹坑比黑色板更容易被检出,且检测角越大越容易被检出。目视勉强可见损伤(BVID)的门槛值在0.35～0.8mm之间。

关键词：冲击损伤检出概率最大似然估算法累积对数正态模型对数奇函数模型

冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板典型力学性能的影响

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航空材料学报 2018年第5期38卷 132-137页

作者：管清宇上海飞机设计研究院功能结构部上海201210 南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

采用CYCOM 7701/7781玻纤环氧织物预浸料和中温固化工艺制造复合材料单向层压板试件。将试件分为三组,分别在低温干态(cold temperature dry,CTD)、室温干态(room temperature dry,RTD)和高温湿态(elevated temperature wet,ETW)三种温度和试件吸湿情况下,测试复合材料单向层压板的无缺口拉伸强度、开孔拉伸强度、无缺口压缩强度、开孔压缩强度和冲击后压缩强度,研究冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781复合材料单向层压板典型力学性能的影响。结果表明:在CTD、RTD和ETW三种环境下,开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均拉伸强度均有十分不利的影响,拉伸强度下降约50%;开孔明显地降低了复合材料层压板的拉伸强度的变异系数;在CTD和RTD情况下,冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均压缩强度均有十分不利的影响,两种情况的影响比较接近,均下降45%~55%;在ETW环境下开孔使压缩强度下降约为50%,冲击损伤使压缩强度下降30%左右,表明开孔对压缩强度的影响比冲击损伤更为显著。

关键词：复合材料玻璃纤维 7781织物开孔冲击损伤力学性能

Z向增强泡沫夹芯复合材料冲击损伤及冲击后压缩性能

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复合材料学报 2012年第2期29卷 180-185页

作者：段友社郭书良吴刚侯军生北京航空制造工程研究所北京100024

基于热压罐成型工艺,选择了树脂柱Z向增强泡沫芯材、碳纤维Z向增强泡沫芯材、Kevlar纤维缝纫增强泡沫芯材3种Z向增强复合材料结构,对夹芯结构进行了低速冲击损伤和冲击后压缩(CAI)性能研究,考察了不同Z向增强方式对冲击损伤面积和破坏... 详细信息

基于热压罐成型工艺,选择了树脂柱Z向增强泡沫芯材、碳纤维Z向增强泡沫芯材、Kevlar纤维缝纫增强泡沫芯材3种Z向增强复合材料结构,对夹芯结构进行了低速冲击损伤和冲击后压缩(CAI)性能研究,考察了不同Z向增强方式对冲击损伤面积和破坏模式的影响。结果表明,Z向增强对泡沫芯材产生了初始损伤,其冲击后损伤面积大于未增强泡沫夹芯结构;但Z向增强改变了夹芯结构的压缩破坏机制。通过选用合适的Z向增强材料和Z向增强参数,能够提高夹芯结构的压缩强度和CAI强度。其中当增强材料为碳纤维,增强参数为10mm×10mm时,压缩强度提高了13%,CAI强度提高超过40%。

关键词：复合材料泡沫夹芯 Z向增强冲击损伤冲击后压缩

陶瓷-金属多层涂层不同温度循环冲击损伤特征与演化规律

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表面技术 2022年第1期51卷 60-68页

作者：汪世广何卫锋黄达李才智蔡振兵王学德张一豪空军工程大学等离子体动力学重点实验室西安710038 西南交通大学摩擦学研究所成都610031

目的探讨环境温度对陶瓷-金属多层涂层冲击损伤的影响,获得不同温度条件下涂层的冲击损伤特征,揭示陶瓷-金属涂层在温度与循环冲击共同作用下的失效机理,为多层涂层的设计和使用提供参考。方法首先使用可调温度的速度控制型单颗粒循环... 详细信息

目的探讨环境温度对陶瓷-金属多层涂层冲击损伤的影响,获得不同温度条件下涂层的冲击损伤特征,揭示陶瓷-金属涂层在温度与循环冲击共同作用下的失效机理,为多层涂层的设计和使用提供参考。方法首先使用可调温度的速度控制型单颗粒循环冲击设备,对陶瓷-金属多层涂层在不同温度(35、200、350、500℃)下进行垂直冲击试验。采用白光干涉仪、光学显微镜和扫描电镜观察冲击坑的形貌和微观结构,结合不同温度时涂层纳米硬度和弹性模量来分析其损伤机理。结果温度较低(35、200℃)时,圆周裂纹是涂层的主要损伤形式,涂层冲击坑深度在达到稳定后增长缓慢;温度较高(350、500℃)时,涂层损伤特征由圆周裂纹向径向裂纹和剥落转化,冲击坑深度的增长速度较快。当温度从35℃提高到500℃时,涂层纳米硬度从31.22 GPa下降到11.18 GPa,H^(3)/E^(2)从38.38×10^(‒2) GPa下降到2.85×10^(‒2) GPa,涂层的峰值冲击力和能量吸收率分别从167.8 N和72.44%增长到184.6 N和82.37%,加剧涂层的损伤,使涂层冲击坑深度从4.74μm增长到11.58μm。结论陶瓷-金属多层涂层的冲击损伤特征和性能受温度影响,温度升高使得涂层的纳米硬度和韧性H^(3)/E^(2)同时降低,循环冲击条件下的峰值冲击力和能量吸收率均增大,相同循环次数时,将增大涂层的冲击损伤深度。

关键词：多层陶瓷-金属涂层温度循环冲击冲击损伤能量吸收率径向裂纹

CFRP层板低能冲击损伤的非线性兰姆波特征成像

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机械工程学报 2023年第10期59卷 40-47页

作者：许国琛陈振华李承庚卢超南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室北京100190 赣南师范大学物理与电子信息学院赣州341000

针对碳纤维复合材料板低能量冲击损伤的线性超声响应特征很弱、难以用于检测该类损伤的问题,提出碳纤维复合材料层板低能量冲击损伤的非线性兰姆波成像检测技术。搭建检测平台并制备冲击损伤程度各异的检测试样;分析碳纤维增强树脂基复... 详细信息

针对碳纤维复合材料板低能量冲击损伤的线性超声响应特征很弱、难以用于检测该类损伤的问题,提出碳纤维复合材料层板低能量冲击损伤的非线性兰姆波成像检测技术。搭建检测平台并制备冲击损伤程度各异的检测试样;分析碳纤维增强树脂基复合材料层板中兰姆波的各向异性传播特性和模态结构,激发满足非线性超声检测要求的兰姆波模态,并分析相对非线性系数对低能冲击损伤的表征能力;提出基于损伤因子的非线性超声兰姆波成像算法和成像扫描方法,并通过优化成像算法提高成像效果。研究结果表明,相对非线性系数对低能量冲击损伤有很高的检测灵敏度,基于损伤因子的非线性Lamb波成像方法可实现对复合材料低能冲击损伤的直观成像检测。

关键词：非线性兰姆波复合材料层板相对非线性系数冲击损伤成像算法