不同铺层结构GLARE层板弯曲失效机理的声发射研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240328.002

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (3): 13-19.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240328.002

不同铺层结构GLARE层板弯曲失效机理的声发射研究

张劢, 郑颖骁, 胡可军^*, 韩文钦, 段刘阳, 石庆贺

江苏理工学院材料工程学院,常州 213001

收稿日期:2023-03-24 出版日期:2024-03-28 发布日期:2024-04-22
通讯作者: 胡可军(1988—),男,博士,讲师,研究方向为复合材料强度预测与损伤分析,kejun@jsut.edu.cn。
作者简介:张劢(1997—),男,硕士研究生在读,研究方向为纤维金属复合材料损伤模拟与分析。
基金资助:
国家自然科学基金(52205157);国家自然科学基金(12102156)

Acoustic emission study on bending failure mechanisms of GLARE laminates with different stacking structures

ZHANG Mai, ZHENG Yingxiao, HU Kejun^*, HAN Wenqin, DUAN Liuyang, SHI Qinghe

School of Materials Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou 213001, China

Received:2023-03-24 Online:2024-03-28 Published:2024-04-22

摘要/Abstract

摘要： 玻璃纤维增强铝合金(Glass Fiber Reinforced Aluminum ,GLARE)层板是一种在航空工业中被广泛使用的混杂复合材料。本研究采用三点弯曲试验方法对其进行弯曲加载,同时利用声发射技术(Acoustics Emission,AE)对弯曲过程中层板的损伤行为进行实时监测,并基于多AE参数及K-means聚类方法探究了不同铺层结构GLARE层板的弯曲性能及失效机理。结果表明:铝合金的铺层位置对GLARE层板的弯曲性能有显著影响;最外层铝合金与复合材料层的变形协调作用可以有效延缓损伤的起始与演化。GLARE层板在弯曲失效过程中的损伤模式及对应的峰值频率为:0~50 kHz代表铝合金损伤,80~210 kHz代表基体开裂,210~320 kHz代表纤维剥离和界面分层,320~400 kHz代表纤维断裂。

关键词: 玻璃纤维增强铝合金层板, 声发射技术, 三点弯曲试验, K-means聚类法, 失效机理

Abstract: Glass fiber reinforced aluminum(GLARE) laminates are hybrid composite materials widely used in the aerospace industry. In this study, the three-point bending test method is used to carry out the bending loading, and the Acoustics Emission (AE) technique is used to monitor the real-time damage behavior of the laminates during the bending process, based on the multi-AE parameters and K-means clustering method, the bending performance and failure mechanism of GLARE laminate with different ply structures were investigated. The results show that the location of aluminum alloy layer has a significant effect on the bending properties of GLARE laminates, and the deformation coordination of the outermost aluminum alloy layer and the composite layer can effectively delay the initiation and evolution of the damage. The damage modes and corresponding peak frequencies of GLARE laminate during bending failure include 0~50 kHz for aluminum alloy damage, 80~210 kHz for matrix cracking, 210~320 kHz for fiber peeling and interface delamination, and 320~400 kHz for fiber breakage.

Key words: glass fiber reinforced aluminum laminates, acoustic emission technology, three-point bending experiment, K-means clustering method, failure mechanism

中图分类号:

TB332

张劢, 郑颖骁, 胡可军, 韩文钦, 段刘阳, 石庆贺. 不同铺层结构GLARE层板弯曲失效机理的声发射研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 13-19.

ZHANG Mai, ZHENG Yingxiao, HU Kejun, HAN Wenqin, DUAN Liuyang, SHI Qinghe. Acoustic emission study on bending failure mechanisms of GLARE laminates with different stacking structures[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(3): 13-19.

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Acoustic emission study on bending failure mechanisms of GLARE laminates with different stacking structures

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