基于临界折射纵波法的cfrp应力检测

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1、基于临界折射纵波法的ＣＦＲＰ应力检测王伟邓亚张宇民周玉锋陈栋康康（哈尔滨工业大学特种环境复合材料技术国防科技重点实验室，哈尔滨１５００８０）文摘研究了不同纤维方向与应力方向对复合材料声弹性关系的影响。为了在材料内部激励临界折射纵波，本文根据斯涅耳定律设计了超声入射楔块，并搭建了声时差检测系统。并使用搭建的系统分别测量了０°、４５°单向铺设的两种试样在０°、４５°和９０°方向的声时差变化，得到了不同加载方向和纤维方向组合情况下，由ＣＦＲＰ材料内部应力与声时差表征的声弹性关系。关键词临界折射纵波，ＣＦＲＰ复合材料

2、，声弹性关系，斯涅耳定律中图分类号：ＴＢ３３２ＤＯＩ：１０１２０４４／ｊｉｓｓｎ１００７－２３３０２０１８０４０１３ＳｔｒｅｓｓＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎＣＦＲＰＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＵｓｉｎｇＣｒｉｔｉｃａｌｌｙＲｅｆｒａｃｔｅｄＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＷａｖｅｓＷＡＮＧＷｅｉＤＥＮＧＹａＺＨＡＮＧＹｕｍｉｎＺＨＯＵＹｕｆｅｎｇＣＨＥＮＤｏｎｇｋａｎｇｋａｎｇ（ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎＳｐｅｃｉａｌＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓＬａｂｏｒａｔｏ

3、ｒｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００８０）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅａｃｏｕｓｔｏｅｌａｓｔｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｂｅｒａｎｄｌｏａｄｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．ＷｉｔｈｔｈｅａｉｍｏｆｅｘｃｉｔｉｎｇＬＣＲｗａｖｅｓｉｎｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌ，ａｎｉｎｃｉｄｅｎｃｅｗｅｄｇｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｎｅｌｌ’ｓｌａｗ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ａｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｔｉｍｅｏｆｆｉｇｈｔ（ＴＯＦ）ｗａｓｓｅｔｕｐ．Ｔｈｅｓｙ

4、ｓｔｅｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅＴＯＦｖａｒｉａｔｉｏｎｓａｌｏｎｇ０°，４５°ａｎｄ９０°ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｏｆ０°ａｎｄ４５°ｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆＣＦＲＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ａｓｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅａｃｏｕｓｔｏｅｌａｓｔｉｃｒｅｌａｔｉｏｎｓｅｘｐｒｅｓｓｅｄｂｙｉｎｔｅｒｎａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄＴＯＦｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｂｅｒａｎｄｌｏａｄｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＣｒｉｔｉｃａｌｌｙｒｅｆｒａｃｔｅｄｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｗａｖ

5、ｅ，ＣＦＲＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，Ａｃｏｕｓｔｏｅｌａｓｔｉｃｒｅｌａｔｉｏｎ，Ｓｎｅｌｌ’ｓｌａｗ０引言无损方法有Ｘ射线衍射法，拉曼光谱法和超声波法。复合材料的失效在很大程度上与其内部残余应其中超声波法凭借其成本低、简单易行、适用范围广等力有关。残余应力作为一种材料内部的自平衡应力，优点，在过去几十年的广泛发展中展现了巨大的潜力。其量级通常是不可忽视的。复合材料内部残余应力一般说来，现行的超声波法主要有横波双折射的测量对有效的评估材料性能具有重要意义，这些性法、表面波法以及临界折射纵波（ＬＣＲ）法，其中ＬＣＲ

6、［３］能包括基体裂纹、屈服强度以及结构外形稳定性等。法对应力最为敏感。对于ＬＣＲ法在金属材料中的［４］因此，为了避免对材料失效的盲目设计，在设计阶段应用，大量的学者进行了实验研究。ＪＯＳＥＰＨ等人就要充分考虑残余应力的影响。检测了低碳钢焊接头的残余应力分布。ＳＡＤＥＧＨＩ［１］［５］应力检测技术主要分为有损和无损两大类。等研究了铝板沿厚度方向的焊接残余应力分布。［６］有损检测方法又称为机械方法，主要是通过机械的手另外，Ｊａｖａｄｉ等分别检测了不锈钢板次表面应力和［７］段释放被测材料局部的应力，通过应变片等方法

7、测量焊接管道不同厚度的环向残余应力。目前，ＬＣＲ应力释放前后的应变变化，利用弹性力学原理即可得法在复合材料中的应用比较少见。来自巴西的ＳＡＮ［８］到释放的应力值；无损检测方法又称为物理方法，主ＴＯＳ等人初步说明了ＬＣＲ法在碳纤维增强树脂基要是通过确定一些物理量与应力之间的联系，达到在复合材料（ＣＦＲＰ）中的可行性，并实验研究了温度对不损坏材料的基础上检测残余应力的目的。主要的检测结果的影响。收稿日期：２０１７－０９－２５基金项目：国家重点基础研究发展计划（９７３子课题：２０１４ＣＢ０４６５０５）第一作者简介

8、：王伟，１９８７年出生，博士研究生，从事复合材料残余应力无损检测工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｗｅｉｈｉｔ２０１３＠１６３．ｃｏｍ宇航材料工艺ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙｈｃｌｇｙ．ｃｏｍ２０１８年第４期—６７—本文主要的研究目的是为了说明临界折射纵波据，并分析讨论了变化规律和原因。法对ＣＦＲＰ复合材料的可行性，实验研究声时差在不１理论基础同纤维方向和不同加载方向上的变化规律。为了在临界折射纵波法主要基于