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基于声发射技术的芳纶1414/聚丙烯拉伸损伤性能研究

作　者: 戚琳琳
导　师: 晏雄
学　校: 东华大学
专　业: 纺织科学与工程
关键词: PPTA/PP复合材料拉伸破坏声发射技术参数以及关联图分析
分类号: TQ325.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

本文通过拉伸力学性能分析、声发射参数分析以及关联图分析,从不同角度对芳纶1414(PPTA)/聚丙烯(PP)复合材料的损伤形式和演变过程进行了研究。力学性能方面：对PP基体、PPTA纤维束、[90]单层板、[45]单层板、[0]单层板以及[0/90]层合板的拉伸力学性能进行了研究,得到负荷-位移曲线图,以及相应的应力-应变曲线图；讨论了拉伸曲线的变化特征,并分析了各试样在不同阶段的拉伸破坏特征。声发射方面：对各试样在拉伸破坏过程中进行全程动态监测,得到各试样拉伸破坏的声发射特征。根据参数特征,对拉伸全过程进行了阶段性解析,同时根据关联图分析得到每个阶段的详细信息,进而得到各试样的拉伸破坏机理,从而推理得到]PPTA/PP复合材料层合板的拉伸破坏机理。通过试验和数据分析,结论如下：PP基体：声发射信号的幅度主要分布在42-65dB之间,持续时间低于1000us,而个别信号达到90dB以上,持续时间在3000-4000us之间,破坏的主要形式是：基体裂纹、基体断裂。PPTA：声发射信号的幅度分布在42-90dB之间连续不止,持续时间低于600us,而个别信号达到90dB以上,持续时间在1500-2000us之间,破坏的主要形式有：纤维断裂。[90]单层板：声发射信号的幅度信号分布在42-65dB之间,持续时间低于1000us,少量分布在70-100dB之间,持续时间在3000-4000us之间,破坏形式主要有：界面横向破坏、界面分离。[45]单层板：声发射信号的幅度信号基本分布在42-65dB之间,持续时间低于1500us,少量达到70dB以上,持续时间在3000us以上,甚至高达15000us,破坏的主要形式有：界面脱粘、纤维抽拔。[0]单层板：幅度信号基本分布在42-80dB之间,持续时间在1000us以下,幅度分布在80-100dB的信号,持续时间在1200-2000us之间,破坏的主要形式有：基体裂纹、界面脱粘、纤维抽拔、纤维断裂。[0/90]层合板：幅度信号基本分布在42-80dB之间,持续时间在2000us以下,幅度分布在80-90dB的信号,持续时间在2000-6000us较宽范围内,还有一部分幅度分布达到90dB以上持续时间在8000-12000us之间,破坏的主要形式有：基体裂纹、界面脱粘与分层、纤维抽拔、纤维断裂。在以上各试样拉伸破坏机理分析过程中,声发射参数历程分析起到了很大的作用,对拉伸过程的每个阶段都提供了很有力的实时监测信息。各参数在不同阶段信号特征差别较大,每个破坏形式对应的幅度、能量、持续时间各不相同,从而给[0／90]层合板的复杂性破坏提供了可参考的信号数据特征。从拉伸破坏的整个声发射全过程来看,早期破坏主要是基体裂纹、界面损伤的原始破坏,信号数量比较多,但是破坏能量较低；中期破坏主要是基体裂纹、界面脱粘、界面分层以及少量缺陷纤维的断裂,信号比较密集,幅度增大,持续时间变长,相应的破坏能量增大；破坏后期主体纤维断裂,伴随纤维束间的相互摩擦,最终无法承受巨大载荷,而使试样发生破坏性断裂。信号数量经过了逐渐增加然后逐渐减少的趋势变化,振铃计数、幅度、能量、持续时间均在主体纤维断裂时出现了很大的峰值变化,说明材料破坏程度达到极限而发生断裂,以上说明声发射的活动性能很好地解释材料拉伸破坏过程。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-17
  1.1 PPTA及其复合材料  11-14
  1.2 PPTA/PP复合材料研究现状  14
  1.3 声发射技术在复合材料方面的研究  14-16
  1.4 本课题的主要研究工作  16-17
第二章声发射检测技术  17-23
  2.1 声发射技术原理  17
  2.2 声发射检测技术的特点  17-18
  2.3 三种主要声发射源  18-19
  2.4 声发射信号的分类  19-20
  2.5 声发射信号的参数分析  20-23
第三章声发射实验  23-30
  3.1 实验原材料  23-24
  3.2 试样制备  24-27
  3.3 声发射参数的确定  27-29
  3.4 实验安排  29
  3.5 本章小结  29-30
第四章 PPTA纤维、PP基体的试验结果与分析  30-42
  4.1 PP拉伸破坏及声发射实验结果分析  30-36
  4.2 PPTA纤维束拉伸破坏及声发射实验结果分析  36-41
  4.3 本章小结  41-42
第五章 PPTAPP复合材料的试验结果与分析  42-68
  5.1 [90]单层板拉伸破坏及声发射实验结果分析  42-48
  5.2 [45]单层板拉伸破坏及声发射实验结果分析  48-54
  5.3 [0]单层板拉伸破坏及声发射实验结果分析  54-60
  5.4 [0/90]层合板拉伸破坏及声发射实验结果分析  60-66
  5.5 本章小节  66-68
第六章总结与展望  68-71
  6.1 本文总结  68-69
  6.2 不足与展望  69-71
参考文献  71-74
附录  74-82
攻读硕士期间发表论文  82-83
致谢  83

基于声发射技术的芳纶1414/聚丙烯拉伸损伤性能研究

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