复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料连接结构自然暴露试验结果的评价方法，包括获取试样和前处理、形貌观察、损伤检测、力学性能测试和数据分析等步骤。该方法通过从宏观‑细观‑微观多层次的分析复合材料连接结构的外观形貌和微观组织变化结果，并结合损伤表征和力学性能测试结果，建立微观组织变化和力学性能变化规律的联系，能够更准确、真实地反映复合材料连接结构在自然环境腐蚀作用和老化作用交互影响下的性能变化规律，促进复合材料连接结构环境适应性试验技术的发展。

Evaluation method for natural exposure test results of composite connecting structures

The present invention relates to a method for evaluating the natural exposure test results of composite material connection structures, including the steps of obtaining samples and preprocessing, morphology observation, damage detection, mechanical performance testing and data analysis. In this method, the relationship between microstructure change and mechanical property changes is established by analyzing the appearance and microstructure of the composite structure and the results of the microstructure and microstructure changes from the microscopic multi-layer microstructure. The law of performance changes under the interaction of natural environment corrosion and aging effect, and promote the development of environmental adaptability test technology of composite material connection structure.

【技术实现步骤摘要】
复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法
本专利技术涉及复合材料环境适应性
，特别是涉及复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法。
技术介绍
复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料可分为常用和先进两类，先进复合材料指用高性能增强体如碳纤维、芳纶等由高性能耐热高聚物构成的复合材料。应装备轻质化、高性能、小型化要求，先进复合材料以其高比强度、高比模量及性能可设计等优势，成为航空航天结构材料领域的重要组成部分。复合材料一般由基体材料和增强材料复合而成；基体材料主要是各种金属材料，增强材料一般采用各种纤维材料，其中增强材料在复合材料中起主要作用，用来提供刚度和强度，而基体材料用来支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷。受复合材料制备工艺限制，航空航天大型复合材料构件的装配过程中需要通过大量的连接结构(如铆接或螺接等)来进行连接，复合材料连接结构保证了飞机及其它航空航天器的整体性，可以有效提高飞行器的机动性能。然而，由于复合材料连接结构的层合板存在装配孔(如铆接孔或螺接孔等)，切断了纤维的连续性，导致装配孔周边应力状态极其复杂，成为承载的薄弱环节。据统计，飞行器结构的破坏有70％以上都是发生在连接部位。同时紧固件材料和复合材料层合板为异质材料，在潮湿环境下易发生电化学腐蚀；另外，复合材料本身在高温、高湿条件下也会发生老化。腐蚀和老化的共同作用必然对复合材料力学性能造成损伤，导致结构的承载能力降低。因此，准确的对复合材料连接结构的腐蚀及老化机理深入了解成为了研究者重点关注的研究热点。在复合材料连接结构的腐蚀及老化机理研究方面，主要包括两种方法：自然环境试验和实验室模拟环境试验。目前开展的工作主要集中在通过加速腐蚀的方法研究连接结构腐蚀及老化效应的实验室模拟环境试验方面，而最能真实可靠反映复合材料连接结构腐蚀、老化行为特征的自然环境试验却开展得很少。目前，针对复合材料连接结构在自然环境中的腐蚀及老化行为，还没有形成系统有效的评价方法。因此，亟需提出一套适用于复合材料连接结构自然暴露试验结果的评价方法。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有复合材料连接结构自然暴露试验结果的评价方法缺失的问题，提供一种复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，可以从宏观-细观-微观多层次表征经自然环境试验的复合材料连接结构的外观形貌、组织结构到力学性能退化规律。为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案来实现。复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，包括以下步骤：试样获取及前处理：按照试验周期取自然环境暴露的试样，对试样进行冲洗、烘干处理，测量试样的尺寸，并做好记录；所述试样由紧固件和层合板组成，所述层合板上设有装配孔，所述层合板上位于所述装配孔附近设有检测区域；所述紧固件穿过所述装配孔将所述层合板连接固定；所述层合板的材料为复合材料，所述复合材料由基体和增强体复合而成；形貌观察：目测观察所述紧固件的表面和所述检测区域，利用相机对所述紧固件和所述检测区域的表面进行照相，得到所述紧固件的表面及所述检测区域的表面的宏观形貌；利用金相显微镜观察得到所述紧固件和所述检测区域的微观形貌特征；利用带能谱分析的扫描电镜分析确定所述紧固件的表面被腐蚀后的产物组成成分；损伤检测：对所述检测区域进行无损检测，探测所述检测区域的复合材料中基体断裂、界面脱粘和纤维断裂以及分层缺陷；力学性能测试：对所述试样进行挤压性能测试，得到所述试样的强度随暴露时间的退化规律；挤压性能测试过程中利用声发射设备记录所述试样的损伤扩展情况，并测试所述紧固件和所述检测区域的应变场随加载的变化规律；数据分析：结合所述试验周期各阶段试验数据进行对比分析，得到自然环境暴露条件下所述紧固件的表面和所述检测区域的形貌变化规律，以及所述试样的老化和腐蚀机理。上述复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，通过从宏观-细观-微观多层次表征经过自然环境试验的复合材料连接结构试样的外观形貌和微观组织变化结果，并结合损伤表征和力学性能测试手段，建立微观组织变化和力学性能变化规律的联系，能够更准确、真实地反映复合材料连接结构在自然环境腐蚀作用和老化作用交互影响下的性能变化规律，促进复合材料连接结构环境适应性试验技术的发展。在其中一个实施例中，所述自然环境暴露的试样为户外自然环境暴露的试样、棚下自然环境暴露的试样或库房自然环境暴露的试样。在其中一个实施例中，所述基体断裂、界面脱粘和纤维断裂为利用3D-X射线扫描对所述检测区域进行探测，获得所述检测区域的基体开裂、界面脱粘和纤维断裂损伤情况。3D-X射线扫描是以非破坏性X射线透视技术，将待测物体做360°自传，进而收集每个角度的穿透图像，之后利用电脑运算重构出待测物体的实体图像。在其中一个实施例中，所述分层缺陷为利用超声C扫描对所述检测区域进行探测、得到所述检测区域的分层损伤情况。超声C扫描技术是将超声检测与微机控制和微机进行数据采集、存贮、处理、图像显示集合在一起的技术。使用计算机控制超声换能器(探头)在工件上纵横交替搜查，将探测特定范围内(指工件内部)的反射波强度以辉度的形式连续显示处理，这样就可以绘制出工件内部缺陷横截面图形，这个横截面与超声波声束是垂直的，即工件内部缺陷横截面在计算机显示器上的纵横坐标，分别代表工件截面的纵横坐标。在其中一个实施例中，采用水浸超声C扫描对所述检测区域进行分层缺陷的探测分析。在其中一个实施例中，所述超声C扫描的图像采样分辨率为0.05×0.05mm2～0.2×0.2mm2，信号采样频率为30～50MHz。在其中一个实施例中，所述紧固件和所述检测区域的应变场是通过非接触全场应变测量系统(Vic-3D)测得。在其中一个实施例中，宏观形貌观察步骤还包括用相机对所述试样的原始状态和自然环境暴露试验后的状态进行拍摄，以便于自然环境试验的前后对试样的外观形貌进行对比分析。在其中一个实施例中，所述紧固件为铆接件或螺接件，所述紧固件的材料为钛合金、不锈钢或铝合金。在其中一个实施例中，所述层合板的基体材料为热塑性树脂或热固性树脂的的一种或多种。在其中一个实施例中，所述层合板中增强体材料为高模量碳纤维、高强度碳纤维或高导热碳纤维中的一种或多种。附图说明图1为一实施例复合材料连接结构试样示意图。图2为一实施例复合材料连接结构试样自然环境暴露试验现场图。图3为一实施例复合材料连接结构试样装配孔区域微观照片。图4为一实施例复合材料连接结构试样装配孔区域超声C扫描图。图5为一实施例复合材料连接结构试样螺接部位3D-X射线扫描图。图6为一实施例复合材料连接结构试样挤压强度测试曲线图。图7为一实施例复合材料连接结构试样挤压测试后损伤探测情况图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：试样获取及前处理：按照试验周期取自然环境暴露的试样，对试样进行冲洗、烘干处理，测量试样的尺寸，并做好记录；所述试样由紧固件和层合板组成，所述层合板上设有装配孔，所述层合板上位于所述装配孔附近设有检测区域；所述紧固件穿过所述装配孔将所述层合板连接固定；所述层合板的材料为复合材料，所述复合材料由基体和增强体复合而成；形貌观察：目测观察所述紧固件和所述检测区域，利用相机对所述紧固件和所述检测区域的表面进行照相，得到所述紧固件的表面及所述检测区域的表面的宏观形貌；利用金相显微镜观察得到所述紧固件和所述检测区域的微观形貌特征；利用带能谱分析的扫描电镜分析确定所述紧固件的表面被腐蚀后的产物组成成分；损伤检测：对所述检测区域进行无损检测，探测所述检测区域的复合材料中基体断裂、界面脱粘、纤维断裂以及分层缺陷；力学性能测试：对所述试样进行挤压性能测试，得到所述试样的强度随暴露时间的退化规律；挤压性能测试过程中利用声发射设备记录所述试样的损伤扩展情况，并测试所述紧固件和所述检测区域的应变场随加载的变化规律；数据分析：结合所述试验周期各阶段试验数据进行对比分析，得到自然环境暴露条件下所述紧固件的表面和所述检测区域的形貌变化规律，以及所述试样的老化和腐蚀机理。...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：试样获取及前处理：按照试验周期取自然环境暴露的试样，对试样进行冲洗、烘干处理，测量试样的尺寸，并做好记录；所述试样由紧固件和层合板组成，所述层合板上设有装配孔，所述层合板上位于所述装配孔附近设有检测区域；所述紧固件穿过所述装配孔将所述层合板连接固定；所述层合板的材料为复合材料，所述复合材料由基体和增强体复合而成；形貌观察：目测观察所述紧固件和所述检测区域，利用相机对所述紧固件和所述检测区域的表面进行照相，得到所述紧固件的表面及所述检测区域的表面的宏观形貌；利用金相显微镜观察得到所述紧固件和所述检测区域的微观形貌特征；利用带能谱分析的扫描电镜分析确定所述紧固件的表面被腐蚀后的产物组成成分；损伤检测：对所述检测区域进行无损检测，探测所述检测区域的复合材料中基体断裂、界面脱粘、纤维断裂以及分层缺陷；力学性能测试：对所述试样进行挤压性能测试，得到所述试样的强度随暴露时间的退化规律；挤压性能测试过程中利用声发射设备记录所述试样的损伤扩展情况，并测试所述紧固件和所述检测区域的应变场随加载的变化规律；数据分析：结合所述试验周期各阶段试验数据进行对比分析，得到自然环境暴露条件下所述紧固件的表面和所述检测区域的形貌变化规律，以及所述试样的老化和腐蚀机理。2.根据权利要求1所述的复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，其特征在于，所述自然环境暴露的试样为户外自然环境暴露的试样、棚下自然环境暴露的试样或库房自然环境暴露的试样。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少锋，李长虹，张铮，王忠，胡湘洪，王春辉，汪凯蔚，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所，
类型：发明
国别省市：广东,44