复合材料损伤过程声发射信号聚类分析与压缩变形测量

玻璃钢/复合材料 ›› 2018, Vol. 0 ›› Issue (6): 5-10.

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复合材料损伤过程声发射信号聚类分析与压缩变形测量

赵文政¹, 李敏², 张燕南¹, 周伟^1*

1.河北大学无损检测研究所,保定071002;
2.河北大学电子信息工程学院,保定071002

收稿日期:2017-12-05 出版日期:2018-06-28 发布日期:2018-06-28
通讯作者: 周伟(1980-),男,博士,教授,主要从事无损检测技术方面的研究,zhouweihy@126.com。
作者简介:赵文政(1994-),男,硕士研究生,主要从事复合材料声学与光学无损检测技术方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金(11502064);河北省自然科学基金(E2016201019);河北省教育厅重点项目(ZD2016097)

CLUSTER ANALYSIS OF AE SIGNALS DURING DAMAGE PROCESS AND COMPRESSIVEDEFORMATION OF COMPOSITE MATERIALS

ZHAO Wen-zheng¹, LI Min², ZHANG Yan-nan¹, ZHOU Wei^1*

1.Non-destructive Testing Laboratory, Hebei University, Baoding 071002, China;
2.College of Electronic and Information Engineering, Hebei University, Baoding 071002, China

Received:2017-12-05 Online:2018-06-28 Published:2018-06-28

摘要/Abstract

摘要： 利用声发射(Acoustic Emission,简称“AE”)和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称“DIC”)互补技术,实时监测单向玻璃纤维增强复合材料压缩试验,研究复合材料屈曲过程中的变形损伤与演化规律。选取AE信号的峰值幅度、峰值频率、质心频率和RA值四个特征参数,结合主成分分析法(Principal Component Analysis,简称“PCA”)与k-means聚类算法对其进行聚类分析。结果表明:复合材料压缩损伤过程的AE信号大致可以分为三类,其特征频率变化范围分别为0~60 kHz、100 kHz~150 kHz和200 kHz~450 kHz,对应基体开裂、纤维脱粘与纤维断裂等三种损伤模式;表面位移场变化信息反映了复合材料试件变形与损伤的破坏特征。AE和DIC方法相结合能够有效监测复合材料压缩过程的损伤演化,可以为复合材料结构的健康监测提供参考。

关键词: 复合材料, 声发射, 数字图像相关, 聚类分析

Abstract: The damage evolution of glassfiber composites was studied by using the acoustic emission (AE) and digital image correlation (DIC) method to monitor the compressive test of glass fiber reinforced composites in real time.The characteristic parameters such as peak amplitude, peak frequency, centroid frequency and RA value of AE signals were selected and analyzed by principal component analysis (PCA) and k-means algorithm. The resultsshow that the AE signals of composite compressive damage process can be divided into three clusters. The ranges of characteristic frequency are 0~60 kHz, 100 kHz~150 kHz and 200 kHz~450 kHz, respectively. And three clusters correspond to the three kinds of damage modes such as matrix creaking, fiber/matrix debonding and fiber breakage. The surface displacement field information reflect the deformation and damage characteristics of the composite specimen. The technology combining AE with DIC is effective for monitoring damage evolution of the composite, which can provide the reference for the health monitoring of composite structure.

Key words: composites, acoustic emission, digital image correlation, cluster analysis

中图分类号:

TB332

赵文政, 李敏, 张燕南, 周伟. 复合材料损伤过程声发射信号聚类分析与压缩变形测量[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018, 0(6): 5-10.

ZHAO Wen-zheng, LI Min, ZHANG Yan-nan, ZHOU Wei. CLUSTER ANALYSIS OF AE SIGNALS DURING DAMAGE PROCESS AND COMPRESSIVEDEFORMATION OF COMPOSITE MATERIALS[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2018, 0(6): 5-10.

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