3D打印复合材料拉伸变形的声发射监测

摘要

3D打印技术为复合材料制备提供了一种新方法。为了研究不同打印层厚度(t)对3D打印复合材料拉伸变形和损伤演化的影响,采用COMBOT-200打印机打印了3种不同打印层厚度的复合材料。采用声发射(acoustic emission, AE)和数字图像相关(digital image correlation, DIC)技术研究了拉伸加载下3D打印复合材料的力学行为和损伤演化。通过声发射信号分析、聚类分析和全局应变分析,清晰揭示了其失效机理。结果表明:随着打印层厚度的增加,3D打印复合材料的破坏载荷减小,单位时间内AE信号累积撞击数迅速增加;拉伸载荷下AE信号分为三类,分别为基体开裂、纤维脱黏和纤维断裂。在相同载荷范围内,试件表面应变值随打印层厚度的增加而增大。当试样接近拉伸破坏时,材料的表面应变急剧增加,表明试样接近断裂。利用AE和DIC相辅相成的无损检测技术,可以同时获得3D打印复合材料在拉伸载荷下的声发射响应和表面应变场信息,揭示其损伤演化和断裂机理。AE和DIC技术的结合为3D打印复合材料的健康监测提供了参考。