复合材料动态粘弹性的空气耦合超声评价方法研究
相比于传统的材料，复合材料因其高比强度和高比刚度等特点，被广泛地运用在各个领域中，例如先进的复合材料在超音速飞机、高速列车和水下核潜艇等高温高压环境中的应用。随着复合材料的使用环境越来越恶劣，环境中的振动、噪声和冲击对复合材料的影响也越来越不容忽视，这些不良因素是导致复合材料结构疲劳与损伤、安全寿命缩短的最直接原因，因此掌握复合材料的内在阻尼机制就十分必要。 复合材料的动态粘弹性是反映材料内在阻尼的重要力学特性参数，为了了解复合材料的内在阻尼机制，对于复合材料的动态粘弹性的掌握以及对其进行快速而有效的评价就显得尤为重要。本文旨在提出复合材料动态粘弹性的无损评价的方法以及开展复合材料动态粘弹性无损评价的应用。 首先，本文对课题的研究背景以及与课题相关领域的研究现状进行了简要的介绍。介绍了材料动态粘弹性的动态力学分析（DMA）、超声水浸透射法和接触式超声脉冲反射法等评价方法，但是，由于这些评价方法都需要与实验材料接触，所以在评价过程中会对材料造成污染甚至损害等问题。为了解决上述的问题，本文结合空气耦合超声非接触和非浸入等特点，应用空气耦合超声方式来实现材料动态粘弹性的评价。 其次，开展了空气耦合超声对材料动态粘弹性评价的方法理论研究。根据材料粘弹性和空气耦合超声检测技术的理论，在超声水浸透射评价法和接触式超声脉冲反射评价法的基础上，以损耗角正切值作为动态粘弹性评价参数，提出了两种材料动态粘弹性空气耦合超声评价方法，即空气耦合超声穿透法和空气耦合超声，从而为检测评价方法的研究提供了理论基础。 再次，为了验证空气耦合超声穿透法与表面法对材料动态粘弹性评价结果的可靠性，将橡胶材料作为实验材料，分别通过接触式超声脉冲反射法和空气耦合超声评价法对其动态粘弹性进行评价，然后根据实验结果，验证了通过空气耦合超声法对材料动态粘弹性的评价是可行的。 最后，开展了复合材料动态粘弹性评价实验研究，搭建了实验平台，制作了一批碳纤维复合材料试样，分别通过空气耦合超声穿透法和表面法对实验材料进行评价实验，得到了碳纤维复合材料动态粘弹性的评价结果。实验结果表明：空气耦合超声穿透法能很好的实现对复合材料动态粘弹性的评价，而空气耦合超声表面法只能评价复合材料中表面材料的动态粘弹性，不能评价整个复合材料的动态粘弹性。 本文所做的研究工作为复合材料动态粘弹性的无损评价研究提供了有益的参考。
复合材料;动态粘弹性;空气耦合超声;结构疲劳;无损评价
南昌航空大学
硕士
测试计量技术及仪器
常俊杰
2016
中文
TB553
82
2017-02-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）