基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉-拉疲劳损伤演化研究试验方法技术

本发明专利技术公开了一种基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉‑拉疲劳损伤演化研究试验方法，所述方法从宏观和细观两个尺度分析三维机织复合材料疲劳损伤特性。通过在疲劳加载过程中原位实时观测试验件的动态刚度以及试验件表面温度，得到此时材料所处的疲劳退化阶段。将不同的试验件疲劳加载至不同的退化阶段后停止试验，将带有损伤的试验件切割、打磨、抛光，然后送至同步辐射CT进行损伤检测。通过分析CT重构后的三维图像，获得碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料疲劳损伤演化历程和损伤机理。本发明专利技术解决了传统CT无法清楚区分碳纤维和环氧树脂的问题，同时解决了三维机织复合材料疲劳损伤机理观测困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉-拉疲劳损伤演化研究试验方法
本专利技术涉及一种结合力学测试、红外热成像和同步辐射CT(SRCT)的研究碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料疲劳损伤的宏细观试验方法。
技术介绍
三维机织复合材料最早是在1960年代被开发，其克服了二维层合板的缺点。与层合板和二维编织复合材料相比，三维机织复合材料具有较高的抗分层性、较高的断裂韧性、更高的损伤容限和良好的形状可设计性，因此这种材料受到越来越多的关注。此外，在存在多向机械应力和热应力的情况下，三维机织复合材料也能够很好的胜任。该种材料已被广泛应用于许多领域，例如民用建筑、航空航天领域、风力涡轮机和人体假肢等。然而，由于三维机织复合材料具有复杂微观结构，在研究其微观损伤行为方面，尤其是在疲劳损伤演化方面，人们仍然面临着许多挑战。疲劳失效是一种十分重要失效模式，疲劳会导致结构退化和承载结构在远低于强度下失效。因此，理解三维机织复合材料的疲劳损伤演化及其对材料性能退化的影响对于评估结构的长期安全性至关重要。复合材料在疲劳过程中的刚度退化已被广本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉-拉疲劳损伤演化研究试验方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：/n步骤一、准备待测三维机织复合材料平板，通过测量获取该复合材料编织结构最小单胞尺寸信息；/n步骤二、根据步骤一获得的待测三维机织复合材料单胞尺寸信息，设计试验件；/n步骤三、绘制试验件加工图纸，并生成可供切割设备识别的数据格式；/n步骤四、对试验件进行切割加工，控制方式采用数控，并严格按照步骤三所绘制的图纸切割；/n步骤五、切割加强片；/n步骤六、对试验件进行打磨，消除切割损伤及改善试验件表面光洁程度，打磨后首先用清水冲洗干净，再用无水乙醇擦拭试验件表面，以去除顽固污垢；...

【技术特征摘要】
1.一种基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉-拉疲劳损伤演化研究试验方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、准备待测三维机织复合材料平板，通过测量获取该复合材料编织结构最小单胞尺寸信息；
步骤二、根据步骤一获得的待测三维机织复合材料单胞尺寸信息，设计试验件；
步骤三、绘制试验件加工图纸，并生成可供切割设备识别的数据格式；
步骤四、对试验件进行切割加工，控制方式采用数控，并严格按照步骤三所绘制的图纸切割；
步骤五、切割加强片；
步骤六、对试验件进行打磨，消除切割损伤及改善试验件表面光洁程度，打磨后首先用清水冲洗干净，再用无水乙醇擦拭试验件表面，以去除顽固污垢；
步骤七、选用加强片粘接材料；
步骤八、粘贴加强片：加强片粘贴之前首先要对试验件和加强片表面进行充分清洁，采用无水乙醇擦拭试验件及加强片表面，并晾干，待试验件与加强片晾干之后，首先将事先准备好的加强片粘接材料预粘在试验件端部，然后再与加强片粘接材料表面固定加强片；
步骤九、依据加强片粘接材料的具体固化说明，在可控温环境箱中固化加强片粘接材料；待固化完成后取出试验件放置于室温下冷却；
步骤十、为试验件编号并测量几何尺寸；
步骤十一、调试设备，试验中涉及到的设备包括：加载试验机、DIC测试系统、红外热成像仪，其中DIC测试系统只用于准静态试验当中，红外热成像仪只用于疲劳试验中；
步骤十二、准静态试验：试验采用位移控制模式进行，同时采集试验机载荷以及位移数据，待试验件被拉断后停止加载，将采集获得的DIC应变数据和试验机的载荷进行处理，计算出试验件的极限拉伸强度和弹性模量；
步骤十三、疲劳试验：依据试验需求，设置疲劳试验参数，疲劳试验同时用红外热成像仪记录试验件表面温度；为检测不同刚度退化阶段材料内部的损伤形式，需将相同加载水平的不同试验件加载至刚度退化的不同阶段；
步骤十四、将上述带有损伤的试验件进行切割取样，取样后对样品表面打磨、抛光；
步骤十五、SRCT检测；
步骤十六、图像处理：图像处理过程包括相位恢复、重构两大部分；
步骤十七、通过三维重构分析软件进行损伤分析；
步骤十八、结合前述步骤中获得的宏观刚度退化数据、温度上升数据、各阶段试验件细观SRCT损伤检测结果，整体分析碳纤维/环氧树脂基三维机织复合材料疲劳损伤机理及损伤演化过程。


2.根据权利要求1所述的基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉-拉疲劳损伤演化研究试验方法，其特征在于所述步骤一中，单胞尺寸信息包括单胞经向长度、单胞纬向长度。


3.根据权利要求1所述的基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉-拉疲劳损伤演化研究试验方法，其特征在于所述步骤二中，试验件的设计遵循如下原则：
(a)试验件形状设计成骨棒形；
(b)确定试验件长度时，应保证试验件端部到中间标距段的过度平缓，不至于应力集中过大；
(c)试验件标距段应能够真实表征材料性能；
(d)试验件端部夹持区尺寸应能够匹配疲劳试验机的夹持尺寸，在保证试验件端部夹持区能够完全包含在试验机夹持部件之内的前提下，尽可能将试验件端部夹持尺寸设计的更大，以保证疲劳过程中牢固的夹持。


4.根据权利要求1所述的基于同步辐射CT的碳纤维/环氧树脂三维机织复合材料拉-拉疲劳损伤演化研究试验方法，其特征在于所述步骤四中，切割时应注意以下事项：
(a)应按...

【专利技术属性】
技术研发人员：果立成，黄金钊，张莉，孙新杨，李志兴，郝留磊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23