偏心拉伸测试方法及用该方法对CMC进行的偏心拉伸及损伤识别技术

本发明专利技术公开了一种偏心拉伸测试方法及用该方法对CMC进行的偏心拉伸及损伤识别，是在传统电子万能试验机上加载有CMC－ES模型、CMC－DTI模型、以及在夹头(10、20)上安装了可调节夹具(40)。偏心拉伸测试方法能够完成在不同偏心角下对CMC材料试样进行偏心的拉伸测试。利用不同偏心角下的力学性能参数，并运用多尺度小波时频和有限元分析构建了CMC偏心拉伸力学数据库。在CMC－DTI模型中运用了断口形貌与声发射峰值频率相结合手段。本发明专利技术EUMTT系统实现对CMC材料试样的损伤类型识别。系统实现对CMC材料试样的损伤类型识别。系统实现对CMC材料试样的损伤类型识别。

【技术实现步骤摘要】
偏心拉伸测试方法及用该方法对CMC进行的偏心拉伸及损伤识别


[0001]本专利技术涉及利用电子万能试验机进行的偏心测试方法，更特别地说，是指一种在电子万能试验机上实现对陶瓷基复合材料(CMC)的偏心拉伸测试，以及通过偏心拉伸参数来识别CMC材料的损伤类型的方法。

技术介绍

[0002]电子万能试验机是一种用于对被测试样进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离等力学性能进行测试的仪器。电子万能试验机的加载方式与机械式万能试验机是一样的，都是采用机械传动的方式进行加载的。而对于力、位移、变形的测量，电子万能试验机则采用了电子技术的测量方法，不同于机械式万能试验机的摆锤、指针、度盘的测力方法。在加载速度控制方面，也由机械式万能试验机的调速手轮改为电子速度控制单元。与计算机联机后，还可实现控制、检测和数据处理的自动化。总之，电子万能材料试验机是电子技术与机械传动相结合的新型试验机。
[0003]2005年7月广东科技出版社出版的《工程材料力学试验》，作者:詹胜，穆翠玲。第18－20页公开了一种电子万能试验机，其结构分为主机和计算机控制两部分。主机用于实现被测试样的夹持、固定、承载以及力的转化，上夹头与下夹头将被测试样的上下两端夹紧。计算机控制主要提供动力来源，实现力的传动、以及传动方式，数据的采集及分析。电子万能试验机请参考图1所示。
[0004]声发射技术(Acoustic Emission Technique)因具有动态、实时检测等优点，已广泛的应用于结构和构件的损伤检测。实践表明，不同组织材料在受载荷作用时会发生不同程度的损伤，而损伤状态的不同发出的声发射波形信号特征也将不同。例如在受静拉伸载荷作用时发生的弹塑性损伤、屈服损伤等，这些不同损伤状态的声发射波形信号幅度、相位、频率等参数都会各有区别，与此同时，具有特殊组织性能的CMC材料试样也拥有其各种形变损伤状态下的特有的声发射波形特征。因此可以利用声发射技术作为监测CMC材料试样形变损伤状态的工具。
[0005]陶瓷基复合材料(Ceramic matrix composite，CMC)具有高温机械稳定性和巨大的应用潜力；然而，CMC材料的断裂机制非常复杂，韧性不足，这严重限制了CMC材料在工程上的应用。当CMC材料被制备为各种复杂形状部件时，由于空气动力学、热载荷和机械载荷的组合效应，复杂形状部件不仅经常受到拉伸载荷，同时还会存在剪切力的耦合作用。目前通过电子万能力学试验机大都为实现纵向方向的简单应力状态的拉伸力学试验，无法模拟应用场景下的复杂应力状态下的试验。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了使用传统的电子万能试验机对CMC材料试样进行偏心拉伸测试，在传统电子万能试验机上加载有CMC－ES模型、CMC－DTI模型、以及在夹头(10、20)上安装了本
专利技术设计的可调节夹具(40)，称为偏心拉伸测试的电子万能试验机(electronic universal testing machine for eccentric tensile testing，EUMTT)，即EUMTT系统。本专利技术EUMTT系统中对可调节夹具(40)安装方式有：在传统电子万能试验机的上夹头(10)上安装了本专利技术设计的可调节夹具(40)，或者在传统电子万能试验机的下夹头(20)上安装了本专利技术设计的可调节夹具(40)，或者在传统电子万能试验机的上夹头(10)、下夹头(20)上同时安装了本专利技术设计的可调节夹具(40)。
[0007]本专利技术的另一目的是提出了一种电子万能试验机的偏心拉伸测试方法，该方法实现不同偏心角下对CMC材料试样进行偏心拉伸测试。经偏心拉伸测试方法获得的材料力学性能参数构建形成了CMC偏心拉伸力学数据库。所述的CMC偏心拉伸力学数据库中包括有拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离等力学性能参数。
[0008]本专利技术的第三个目的是依据CMC偏心拉伸力学数据库来完成EUMTT系统下的CMC材料试样属于何种损伤类型的识别。
[0009]本专利技术的一种对CMC进行的偏心拉伸及损伤识别，包括有传统电子万能试验机；其特征在于：还包括有CMC－ES模型、CMC－DTI模型、以及在夹头(10、20)上安装了可调节夹具(40)；
[0010]所述的CMC－ES模型用于完成偏心拉伸测试下的CMC材料声发射波形信号特征提取；声发射探头采集到的声发射波形信息经前置放大处理后，形成了声发射波形放大信息存储在CMC－ES模型中；
[0011]所述的CMC－DTI模型一方面用于记录偏心拉伸测试下不同偏心角θ的CMC材料试样(30)的力学性能参数，该力学性能参数构建得到了CMC偏心拉伸力学数据库；另一方面依据CMC偏心拉伸力学数据库及实时采集的声发射波形放大信息来完成偏心拉伸测试下的CMC材料属于何种损伤类型的识别；
[0012]可调节夹具(40)由夹具本体(41)、位置可调锁芯(42)和锁柱(43)组成；位置可调锁芯(42)置于夹具本体(41)的锁腔(41A)内，锁柱(43)的锁销(43B)顺次经夹具本体(41)的阵列上锁孔(41C)后，插入位置可调锁芯(42)的阵列下锁孔(42B)中。
[0013]所述CMC－ES模型用来记录不同偏心位移下的拉伸过程的峰值频率、幅值分布、以及能量参数分布；具体执行步骤为：
[0014]步骤(A)，初始时不存在偏心位移；
[0015]步骤(B)，输入一个偏心位移，利用声发射仪的模数转化为数字信息，利用多尺度小波时频分析方法提取数字信息后，并将其中非本征信号剔除，获得每种损伤行为的本征信号特征；
[0016]步骤(C)，利用快速傅里叶变换获得各自损伤行为的波形主频；
[0017]步骤(D)，获得了四种损伤行为的声发射频带分布，由低到高分别代表基体开裂、界面脱粘、纤维束断裂、纤维断裂；
[0018]步骤(E)，利用k均值法对声发射峰值频率进行聚类，得到四种损伤信号占比，获得偏心位移对损伤行为的声发射影响规律，并储存到CMC－ES模型中；
[0019]步骤(F)，对四种损伤信号分别做声发射能量累加，得到不同偏心位移对四种损伤能量释放的影响规律，并储存到CMC－ES模型中；
[0020]步骤(G)，在CMC－ES模型中通过Weibull分析建立一个强度－寿命关系，然后利用
其来估算CMC材料的寿命和可靠性；断裂韧性被视为一个强度参数，而声发射能量则被视为一个寿命参数，进而得到了断裂韧性对偏心位移的影响规律。
[0021]在不同偏心位移下，使用CMC－ES模型监测CMC材料试样损伤行为，并结合CMC－DTI模型以实现四种损伤类型的区分；具体识别步骤为：
[0022]识别步骤A，不同偏心角对应的拉伸测试；
[0023]识别步骤B，声发射参数降噪；
[0024]识别步骤C，峰值频率作为模式识别参数；
[0025]识别步骤D，声发射峰值频率聚类分析；
[0026]识别步骤E，剔除非本征信号带；
[0027]识别步骤F，基于有限元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对CMC进行的偏心拉伸及损伤识别，包括有传统电子万能试验机；其特征在于：还包括有CMC－ES模型、CMC－DTI模型、以及在夹头(10、20)上安装了可调节夹具(40)；所述的CMC－ES模型用于完成偏心拉伸测试下的CMC材料声发射波形信号特征提取；声发射探头采集到的声发射波形信息经前置放大处理后，形成了声发射波形放大信息存储在CMC－ES模型中；所述的CMC－DTI模型一方面用于记录偏心拉伸测试下不同偏心角θ的CMC材料试样(30)的力学性能参数，该力学性能参数构建得到了CMC偏心拉伸力学数据库；另一方面依据CMC偏心拉伸力学数据库及实时采集的声发射波形放大信息来完成偏心拉伸测试下的CMC材料属于何种损伤类型的识别；可调节夹具(40)由夹具本体(41)、位置可调锁芯(42)和锁柱(43)组成；位置可调锁芯(42)置于夹具本体(41)的锁腔(41A)内，锁柱(43)的锁销(43B)顺次经夹具本体(41)的阵列上锁孔(41C)后，插入位置可调锁芯(42)的阵列下锁孔(42B)中。2.根据权利要求1所述的对CMC进行的偏心拉伸及损伤识别，其特征在于：CMC－ES模型用来记录不同偏心位移下的拉伸过程的峰值频率、幅值分布、以及能量参数分布；具体执行步骤为：步骤(A)，初始时不存在偏心位移；步骤(B)，输入一个偏心位移，利用声发射仪的模数转化为数字信息，利用多尺度小波时频分析方法提取数字信息后，并将其中非本征信号剔除，获得每种损伤行为的本征信号特征；步骤(C)，利用快速傅里叶变换获得各自损伤行为的波形主频；步骤(D)，获得了四种损伤行为的声发射频带分布，由低到高分别代表基体开裂、界面脱粘、纤维束断裂、纤维断裂；步骤(E)，利用k均值法对声发射峰值频率进行聚类，得到四种损伤信号占比，获得偏心位移对损伤行为的声发射影响规律，并储存到CMC－ES模型中；步骤(F)，对四种损伤信号分别做声发射能量累加，得到不同偏心位移对四种损伤能量释放的影响规律，并储存到CMC－ES模型中；步骤(G)，在CMC－ES模型中通过Weibull分析建立一个强度－寿命关系，然后利用其来估算CMC材料的寿命和可靠性；断裂韧性被视为一个强度参数，而声发射能量则被视为一个寿命参数，进而得到了断裂韧性对偏心位移的影响规律。3.根据权利要求1所述的对CMC进行的偏心拉伸及损伤识别，其特征在于：在不同偏心位移下，使用CMC－ES模型监测CMC材料试样损伤行为，并结合CMC－DTI模型以实现四种损伤类型的区分；具体识别步骤为：识别步骤A，不同偏心角对应的拉伸测试；选择偏心角度所对应的拉伸位移，对CMC材料试样进行偏心拉伸下的测试，获得了具有不同微观结构和声发射信号的结果；识别步骤B，声发射参数降噪；由于声发射信号在振幅和计数方面具有很高的...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆红云，崔杰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：