纤维增强型复合材料铺层顺序识别的超声波技术文献综述
2020-05-06 16:49:35
1.1研究背景 复合材料是指由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料, 它既能保留原有组分材料的主要特色, 又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联与协同, 从而获得原组分材料无法比拟的优越性能,而纤维增强型复合材料作为先进复合材料,是新材料的发展方向,这种材料已经在航空航天上有了巨大的应用,碳纤维等高性能增强相增强的复合材料, 对于先进树脂基复合材料, 在综合性能上与铝合金相当, 但比刚度比强度高于铝合金,与此同时,纤维增强型复合材料的高比强、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳都远远高于普通材料,在航空航天上能更加有效地应对各种不利天气和意外事故。
图1为其高比强高比模的优势。
对于这类材料而言,我们需要对其铺层顺序进行识别来确定铺层正确,从而达到有效的强度和稳定性。
可是传统的方法会破坏纤维增强型复合材料,从而使得这块材料被浪费掉,这个是一种巨大的浪费,因此我们要用新的无损检测的办法来解决这个问题。
图1[1] 先进复合材料与金属的比强度与比刚度 1.2国内外研究现状 1.2.1 CFRP历史 经历了天然材料、加工材料、合成材料这三个时代,1959年[2],日本的A.Shindo最先发明了利用聚丙烯腈纤维制造碳纤维材料,这预示着人类进入使用复合材料的第四个时代了。
各类高分子树脂的重量轻、成型性好,易于生产,成本低廉,由高性能碳纤维增强它们制成的碳纤维增强塑料(CFRP)是目前加工技术最成熟,使用最广泛的先进复合材料[3]。
航空领域的材料体系更强调性能与可靠性的综合,先进复合材料的应用不仅具有减重的效益, 而且还使飞机结构的其他性能得到提升[4]。
在现在的时代发展中,这些纤维增强型复合材料大多被应用于各种设备中,不仅仅航空航天领域,在日常的汽车行业中,这些材料同样也是必不可少的,因为复合材料可以使得汽车的重量降低,轻型化汽车的实现同时还得保证汽车的强度,所以这个有效的应用是相当高效的,并且其制造成本也是在逐渐降低[5]。
由于合理设计纤维铺层角度,可优化局部部件的力学性能及其它性能,目前航空领域最常用的铺设角度为0#176;、45#176;、90#176;、135#176;[6]。
复合材料孔隙率包括面积孔隙率和体积孔隙率[7],雷友锋[8]等人基于纤维增强型复合材料的结构建立了一种数值型力学模型,并且他们根据此模型利用有限元来结合,从而建立了宏观和微观的一体化分析方法。