顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料損傷的超聲檢測與監(jiān)測.pdf

1、超聲是材料損傷檢測和監(jiān)測的一種重要方法，具有方便、快速和不需要對試樣進(jìn)行破壞性實(shí)驗的優(yōu)點(diǎn)。顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(Particle reinforced metal matrixcomposites 簡稱PMMC)由于其高的比強(qiáng)度和比剛度等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，隨著PMMC的廣泛使用，對PMMC這種材料或結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的無損檢測和評價變得越來越迫切。本文用超聲檢測和監(jiān)測的方法研究了PMMC在不同載荷作用過程中和作用之后的損傷特征及參數(shù)進(jìn)行

2、了定性和定量的研究。
　　 首先對超聲檢測和監(jiān)測及PMMC的國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，然后介紹了材料損傷的表征方法，接著用超聲檢測的方法對PMMC在常見的單次拉伸載荷及循環(huán)拉伸載荷作用后的損傷進(jìn)行了定量的研究，用小波(Wavelet)分析方法及相關(guān)性分析方法對PMMC損傷的超聲信號進(jìn)行了特征分析；最后用聲發(fā)射(Acoustic Emission簡稱AE)監(jiān)測的方法對PMMC在常溫和高溫拉伸及彎曲過程中產(chǎn)生的損傷進(jìn)行了監(jiān)測，得到P

3、MMC損傷過程中的聲發(fā)射特征參數(shù)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
　　 (1)PMMC在單次拉伸載荷作用下產(chǎn)生的損傷隨著拉應(yīng)力的增大而增大，當(dāng)拉應(yīng)力小于Mpa 300時材料的損傷變化緩慢，當(dāng)拉應(yīng)力超過Mpa 300以后，材料的損傷急劇增加。隨著拉應(yīng)力的增大，穿過受損試件的超聲信號與穿過原始試件的超聲信號之間的相關(guān)性減小。用SEM觀察了材料斷口的形貌，發(fā)現(xiàn)PMMC的破壞最初是由孔洞形核開始，然后隨著拉應(yīng)力增大，孔洞迅速聯(lián)合至產(chǎn)生微裂紋，微裂紋隨著

4、應(yīng)力的增加而擴(kuò)展直至材料斷裂。
　　 (2)在循環(huán)拉伸載荷作用后，PMMC的損傷參數(shù)隨著疲勞次數(shù)的增加而增大，在疲勞開始階段，損傷參數(shù)隨疲勞次數(shù)的增加而迅速增大，隨后損傷參數(shù)隨疲勞次數(shù)的增加而增大的趨勢趨于平緩。穿過不同次數(shù)疲勞作用后的PMMC試件的超聲波信號與穿過原始試件的超聲波信號之間的相關(guān)性隨著疲勞次數(shù)的增加而減小。在疲勞次數(shù)小于50次時，相關(guān)系數(shù)變化較快，減小的趨勢明顯。當(dāng)疲勞次數(shù)大于50以后，相關(guān)系數(shù)減小的趨勢趨于平緩

5、。通過對穿過PMMC的超聲信號進(jìn)行頻譜分析發(fā)現(xiàn)，隨著疲勞次數(shù)的增加，超聲波信號所包含的頻率成分越來越復(fù)雜，所包含頻率以117.2KHz為中心同時向高頻和低頻方向增加。
　　 (3)通過聲發(fā)射(AE)對PMMC在常溫和高溫拉伸及彎曲下的聲發(fā)射特征參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在材料屈服前，會產(chǎn)生大量的聲發(fā)射信號。損傷的形成與演化與環(huán)境溫度有很大的關(guān)系。當(dāng)環(huán)境溫度升高時，材料屈服和斷裂時所需要的載荷都減小，聲發(fā)射信號也比常溫下明顯要少，聲發(fā)射信