PE/PE层合板复合材料拉伸破坏机理研究

摘要

本文选择声发射技术来研究PE/PE层合板复合材料的损伤演化过程和破坏机理。 通过力学性能分析、声发射参数分析，从不同角度对PE/PE复合材料的破坏形式和破坏机理进行了研究。力学性能分析方面包括：测试了各组分单元、单层板和层合板的拉伸强度、断裂应变等参数；讨论了不同试样拉伸破坏的阶段性特征。声发射参数分析方面包括：测试了各组分单元、单层板和层合板的声发射波速和衰减；通过聚类分析和判别分析讨论了6种不同拉伸破坏形式的声发射参数特征和判别函数；分阶段讨论了不同试样的损伤演化过程和拉伸破坏机理。 通过试验和数据分析，得出以下一些结论： 从声发射信号数量来看，基体声发射活动性最弱，[90]单层板活动性较低。[0]单层板活动性最强，[0/90]层合板的活动性则介于[90]和[0]单层板之间。从幅度上看，纤维断裂产生的声发射信号达到85dB以上，对材料的破坏程度影响最大，但数量较少且主要集中在临近断裂阶段，来自基体裂纹破坏的信号幅度在45dB附近，对材料整体力学性能影响不大，来自界面破坏的信号其幅度主要在50-60dB附近，信号数量较多，对材料力学性能产生一定的影响。从振铃计数(门槛值40dB)来看，基体裂纹破坏最小，界面破坏其次，纤维断裂和界面分离较大。从延时、频率来看，基体断裂、纤维断裂、界面分离延时长、频率低，基体裂纹和界面破坏延时短、频率高。根据6种基本的拉伸破坏形式的声发射参数特征，我们对[O]单层、[0/90]层合板的声发射信号进行了判别分析。[O]单层板拉伸破坏机理大致为：在拉伸载荷作用的早期，试样在初始缺陷处开始发生微观破坏，并不断发展形成界面的破坏和基体破坏。随着载荷的进一步加大，界面的破坏进一步加剧，导致部分纤维开始发生不同时断裂，这种局部的应力波动，加速了断裂纤维处的基体和界面的损伤。进入破坏的后期，界面性能薄弱导致复合材料的协同作用不能很好的发挥，同时界面破坏也导致应力传递作用失效，从而纤维随机断裂现象不断增加，最终剩余的纤维束不能承受过大的载荷而发生整体断裂。[0/90]层合板拉伸破坏机理大致为：拉伸开始阶段，主要为界面开始发生少量破坏。随着拉伸应力的不断加大，产生大量的横向界面和纵向界面的破坏，进入破坏的中期，部分纵向纤维发生不同时断裂，造成应力的波动和分布不均匀，从而加速了周围基体和界面的进一步破坏。纵向和横向层间的粘结作用，使得横向纤维束对纵向纤维的断裂发展起到一定程度的抑制，但是同时横向纤维束与基体也开始发生界面的脱粘，以及层间的破坏也进一步加剧。到了破坏的后期，层间和横向纤维束的界面作用，已经对整个材料的纵向拉伸强度不起作用，此时纵向纤维束对承拉起主要作用，随着纵向纤维的不同时断裂数量的增多，使得剩余纵向纤维无法承受过大的拉伸载荷，而发生断裂。纵向单层板是[0/90]层合板拉伸强度的主要控制因素。由于叠加了横向单层板，对纵向纤维的断裂起到一定的抑制作用，但是由于横向单层板界面强度过低，基体强度过低，使得层间的粘结作用对纵向层纤维的断裂抑制作用也很有限。

目录

文摘

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第一章 前言

1.1超高分子量聚乙烯纤维的特点及其复合材料的应用

1.2层合板复合材料破坏机理的研究现状

1.3本课题的主要研究工作

第二章 声发射原理及其技术

2.1声发射技术原理

2.2工程材料常见的声发射源

2.3声发射信号参数分析技术

第三章 声发射试验

3.1试验原材料介绍

3.2试样制备

3.3声发射试验参数的确定

3.4试验的安排

第四章 试验结果与分析

4.1数据分析方法简介

4.2 LDPE拉伸破坏及声发射试验结果分析

4.3 UHMWPE纤维束拉伸破坏及声发射试验结果分析

4.4[90]单层板拉伸破坏及声发射试验结果分析

4.5[0]单层板拉伸破坏及声发射试验结果分析

4.6[0/90]层合板拉伸破坏及声发射试验结果分析

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

参考文献:

附表

硕士在读期间已发表和录用论文：

致谢