碳纤维平纹机织复合材料低速冲击损伤的非线性超声检测研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20230528.014

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (5): 94-101.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230528.014

碳纤维平纹机织复合材料低速冲击损伤的非线性超声检测研究

程振锋, 贾康康, 李成^*

郑州大学机械与动力工程学院,郑州 450001

收稿日期:2022-03-24 出版日期:2023-05-28 发布日期:2023-08-22
通讯作者: 李成(1962—),男,教授,博士生导师,主要从事复合材料结构强度方面的研究,chengli@zzu.edu.cn。
作者简介:程振锋(1995—),男,硕士研究生,主要从事复合材料冲击损伤及超声检测方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金民航联合基金(U1833116)

Study on nonlinear ultrasonic detection of low-speed impact damage of carbon fiber woven composite

CHENG Zhenfeng, JIA Kangkang, LI Cheng^*

School of Mechanical and Power Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China

Received:2022-03-24 Online:2023-05-28 Published:2023-08-22

摘要/Abstract

摘要： 针对碳纤维环氧树脂基平纹机织复合材料的低速冲击损伤,构建了低速冲击-超声检测一体化有限元模型。基于渐进均匀化方法构建了平纹机织复合材料的真实细观单胞模型;基于三维Hashin失效准则对扩展的宏观复合材料板模型在不同冲击能量下的低速冲击损伤进行数值模拟;通过超声Lamb波对损伤区域的非线性响应评估材料内部的损伤情况。利用RAM-5000 SNAP非线性超声检测系统对不同冲击能量的试验试样进行检测,对比仿真结果。结果表明:一体化模型有效可行;超声Lamb波可用于检测机织材料的冲击损伤,其二次谐波幅值和相对二次非线性系数随冲击能量的增大而增大。

关键词: 平纹机织复合材料, 低速冲击, 非线性超声检测, Lamb波, 非线性系数

Abstract: In order to study the low-speed impact damage of carbon fiber epoxy matrix plain weave woven composites, an integrated finite element model of low-speed impact and ultrasonic detection was established. Based on the asymptotic homogenization method, the real meso-cell model of plain weave composites was constructed. Based on the three-dimensional Hashin failure criterion, the low-velocity impact damage of the extended macro composite plate model at different impact energies was numerically simulated. The nonlinear response of ultrasonic Lamb wave to the damaged area is used to evaluate the damage inside the material. Ram-5000 SNAP nonlinear ultrasonic testing system was used to test the test samples with different impact energies. The simulation results were compared, and the results showed that the integrated model was effective and feasible. Ultrasonic Lamb wave can be used to detect the impact damage of woven materials. The amplitude of second harmonic and relative quadratic nonlinear coefficient increase with the increase of impact energy.

Key words: plain weave woven composites, low speed impact, nonlinear ultrasound detection, Lamb wave, the coefficient of nonlinearity

中图分类号:

TB332

程振锋, 贾康康, 李成. 碳纤维平纹机织复合材料低速冲击损伤的非线性超声检测研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 94-101.

CHENG Zhenfeng, JIA Kangkang, LI Cheng. Study on nonlinear ultrasonic detection of low-speed impact damage of carbon fiber woven composite[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(5): 94-101.

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Study on nonlinear ultrasonic detection of low-speed impact damage of carbon fiber woven composite

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