环氧树脂拉伸损伤过程的声发射特性研究

       (2)不同损伤类型的声发射特征

       表2是对三次有效试验得到的声发射试验数据的统计,经计算可以得出直接拉伸断裂过程中占全部信号98%以上的声发射信号幅度集中在30~60dB、持续时间不大于400μs。由表2得出树脂微观裂纹和树脂宏观开裂的声发射特征值见表3。

　　

 

　　

 

(3)增韧剂含量对环氧树脂试样声发射特性的影响

表4是添加不同比例增韧剂时环氧树脂试样直接拉伸断裂得到的声发射试验数据。从表4中A-1~A-4的数据可以看出,随着增韧剂CMP含量的增加声发射信号产生起始时间推后,撞击、振铃计数和能量计数呈递减趋势,最大持续时间呈递增趋势。可见适当CMP增韧剂的添加从无损检测的角度来说可以提高环氧树脂的性能。A-2、A-5和A-6分别为添加8% CMP、丁腈和CTBN的试样,三者比较可以看出增韧剂选择顺序为CTBN、CMP和丁腈。

　　

 2. 2　分级拉伸断裂过程的声发射特性

图6为环氧树脂分级拉伸断裂过程负荷-声发射幅度-时间曲线。从图6可看出,声发射起始载荷约为20 N,从声发射起始到第一个载荷台阶约350 N声发射信号很多,该阶段的声发射计数在整个试验过程中最高,在保载过程中信号也持续不断,但是信号幅度呈现下降趋势。保载结束后向第二台阶加载时信号数量又上升,基本持续到第二载荷台阶约700 N时,在第二台阶保载时信号迅速变少,信号幅度一般不超过50 dB。向第三台阶1050 N升载时信号数量与第二次升载过程相当,在1050N保载时信号收敛。保载结束继续升载的信号数量又开始上升,出现幅度为98 dB的声发射信号后试样很快发生断裂。

　　

 环氧树脂试样分级加载声发射特性是升载过程声发射信号丰富、保载阶段声发射信号迅速减少,呈收敛状态。由图6计算出三个恒载台阶下声发射延续时间见表5。

　　

 2. 3　重复拉伸断裂过程的声发射特性 
       材料重复加载时,重复载荷到达原先所加最大载荷前发生明显声发射的现象称费利西蒂效应,费利西蒂比就是重复加载时产生声发射信号时的载荷与原先所加最大载荷之比,费利西蒂比越大说明材料抗损伤性越好[2]。图7为环氧树脂重复拉伸断裂过程负荷-声发射幅度-时间曲线,根据图7计算的费利西蒂比见表6。

　　

 从图7和表6可以看出,环氧树脂试样存在费利西蒂效应。环氧树脂试样在第一次加载负荷达到350 N时,重复加载时的费利西蒂比是0. 971,由于费利西蒂比大于0. 95[3]说明前次加载对性能影响不大。但自第二次加载后再重复加载则费利西蒂比小于0. 95,说明加载载荷达到700 N时再重复加载则前次加载对环氧树脂试样的拉伸性能产生很大的影响。

环氧树脂试样重复拉伸断裂时的声发射特性是随着重复加载次数增加,产生声发射信号的数量逐次减少,每次产生声发射信号时的起始载荷逐渐提高。

3　结论

(1)环氧树脂试样拉伸断裂过程,声发射信号产生一般分为孕育阶段、产生发展累积阶段、破坏失效阶段三个阶段。在整个环氧树脂试样拉伸断裂过程中微观裂纹产生的声发射信号占主导地位。

(2)环氧树脂微观裂纹产生声发射信号的特征是幅度小于60 dB、持续时间小于400μs,宏观开裂产生声发射信号的特征是幅度不小于98 dB、持续时间不少于13149μs。

(3)增韧剂含量的增加对环氧树脂试样声发射特性有明显影响。

(4)环氧树脂试样分级加载声发射特性是升载过程声发射信号丰富,保载阶段声发射信号迅速减少,呈收敛状态。

(5)环氧树脂试样重复加载声发射特性是随着重复加载次数增加,产生声发射信号的数量逐次减少,每次产生声发射信号时的起始载荷逐渐提高。