玻璃聚酯复合材料的超声检测方法

1、玻璃聚酯复合材料的超声检测方法摘要目的：该工作的目的是要找到的超声波波速和强度与杨氏模量之间在玻璃-聚酯 复合物中的关系。设计/方法/方法：实验是在三个不同的阶段进行的。在第一阶段，典型的玻璃聚 酯复合材料进行老化得到不同的机械性能。在第二阶段，复合材料的强度和超声 性能的测试。最后阶段我们比拟性能的改变。结论：实验结果说明超声波速度和强度与杨氏模量之间的关系。研究限制/问题：在这些应用中，其中在聚合物结构复合材料加载一种热载荷和 机械载荷，它是测试在无损使用的复合材料强度的基本特征方法。这使得结构的 同步状态检查和使人们有可能取代二评价量表（好-坏）不断等级强度退化尺度 材料。实践意义：本研

2、究结果说明超声法的可能性对复合材料强度变化的诊断。该方法 允许不破坏地检测机器工作局部或建筑。创新/价值：调查的结果可以确认，超声波可以用于强度和杨氏模量变化的无损 检测。关键词：复合材料；工程塑料；性能；无损检测1.引言纤维增强复合材料正在越来越多地使用取代传统的材料，主要是因为他们高 的比强度，比刚度和可裁剪的特性。止匕外，复合材料的粘弹特性使它们适用于高 性能结构的应用航空航天，船舶，汽车，等。然而，这些材料完全不同于金属因 为前者表现出完全不同的特有的失效模式（基体开裂，分层，纤维由于脱粘破坏 和界面粘结破坏）和在细观力学的相互作用1,2。无损检测方法是一个动态开展的最一般的诊断和科学

3、分支。在这些应用中，其中聚合物结构复合材料受到热载荷和机械载荷，它是测试 中使用的复合材料强度的无损检测方法的基本特征。这使得结构的同步状态检查 和使人们有可能取代二价评估量表（好-坏）的不断等级强度退化尺度材料3 o基于速度和超声波传播的样品体积吸收系数的测量，体积波动声学方法可以获得各种有关物质的结构数据。在固体中原子的相互作用取决于速度和超声波的 吸收系数，分子或分子组。实际上，在物质结构的每一个变化导致在相互作用的 变化在振动振荡器，其次是通过超声波传播的变化参数。除了微观结构的变化， 材料的声学特性也可以通过降解由工作条件对结构引起的影响积累微损害3 。微损伤的积累问题的说明过程中复

4、合材料创造了效率的基础在负载能力磨 损评估过程超声波诊断的复合材料。本文是试图确定负载容量劣化程度和超声波玻璃聚酯复合材料传播特性变 化之间的依赖关系。IV探头的位置毫米图1.同一人工缺陷回波包络线的形状：a）在钢，b）在碳纤维增强环氧树脂13 1.1.对复合材料的超声波检测超声波测试对象的过程包括向被检对象发射超声波，移动探头扫描被检对象 外表和检测超声波在被检对象中产生的信号（脉冲）。在这种试验的基本规那么是知道超声波参数测量值（例如，超声波速度）和一 种复合材料内部结构测试的性能（例如，在放大相含量）之间的依赖关系。超声 参数与复合材料结构性能之间的依赖关系的通常凭经验确定，根据测量的标

5、准样 品的精确定义和的结构参数4 。有检测功能的超声波特征参数是 5, 6, 7,8,9 ： -传播速度C-振幅阻尼系数a-运动阻尼因子Y该方法以测量经过波的速度，作为测量元件的厚度,是基于相同的测试装置。 大多数探伤仪能够测量波穿过材料的时间，并基于波传播的多快的知识，也就是 样本的厚度。大局部时间，用回波和单或双探头进行测量。双探头用于带有弯曲、缺损的 对象或者被腐蚀的外表10, 11, 12o复合材料测试与钢的测试作比拟，由于材料特性的不同，结果是不同的超声 波脉冲图像。图一显示同一缺陷在钢和碳纤维复合材料动态回波包络线示意图。例子b）很难区分从那些通过减少材料系数中的局部差异引起的缺陷

6、回波振 幅的变化13 。在超声检测程序，专家建议使用的变换的方法，特别是不均匀的材料或对于 那些受腐蚀影响的过程。然而，这种方法需要使用的一组相对导向探头。被检对 象结构并不总是给予双向探测。这些缺点由容易理解和探伤结果的重复性来平 衡。表一.复合成分.实验名称密度或成分比例树脂Polimal 1051. 3 g/cm3在凝胶时间测试 中常用比例（20分 钟）催化齐钻催化剂4%溶液结构STR 010-300-125300 g/m239层织物在测试 层压板测试的对象是手工制作玻璃聚酯层压板。层压板组成如表1所示。样品尺寸 是250 x20 x8毫米。. 1复合物老化假定由水组成的环境条件下测试。

7、在测试过程中，假设温度是一个常数。条 件被满足,除了温度上升的一小段时间（3小时）o老化的过程是在沸腾的海水温度下进行的。特定温度的选择基于那个证明复 合物沸腾两个小时等同于在室温下浸渍三个月的Rawe制定相关的专业文献 15 o测试分为四个系列。每个系列都有不同测量时间点,分别为48, 96、192和 288小时。测试时间0点设定为参照。一半的样品是变形体。在这三个配置点的 偏转是3毫米。 TOC o 1-5 h z rn-L2DS5JF HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1777777图二.样品变形体示意图伴随老化时间强度增加可明显看见多个

8、白色斑点和分层现象。. 2强度和密度测试复合材料的强度测试是根据PN-EN ISO 141125标准即：“塑料复合材料加入 纤维目的是增强弯曲性能。”进行的。密度的改变是根据PN-EN ISO 62标准即：”加入塑料增强吸收能力。”的方 法论进行的。样品是被读数精度0. 001 g的分析天平称重的。测量是在样品老化之前和从 腐蚀液中取出样品后不超过三十分钟的一段时间进行的。. 3超声检测在测试过程中，采用超声波测试工作站，其中包括：PC类计算机，12通道 超声波卡1兆赫13探头unipan llno这探头产生纵波。工作站是用来测量波的传播速度与声衰减系数。在将材料样品放置于超声头 之间后采用基

9、于通过耦合中心的信号幅值变化的还原测量方法。.检测结果强度和密度测试结果在表2和表3o测量结果进行统计学处理。强度相关变化与材料声学特性描述方程(R因子：73. 3%,图3。)：6f = 261, 212 - 0, 00064 C2r + 0, 00001 (C2r) 2(1)杨氏模量相关变化与材料声学特性描述方程(R因子：71.9%,图4。)：E = 23417,24 - 0, 0031 C2r + 0, 00001 (C2r) 2(2)其中：C-样品中超声波传播速度L层板密度，-强度，E-杨氏模量 表二.样品的变形试验结果测量时间点质量密度的变化八 r %强度变化! S 1 %杨氏模量变化

10、1 E%48时0, 50635, 24715, 39596时1,29355, 46226, 933192时2, 08568, 02735, 787288时2, 46676, 44844,716衣二.不变形的样品的测试结果测量时间点质量密度的变化 r %强度变化! 5 f %杨氏模量变化1 E%48时0, 36919, 1364, 29996时1,22946, 11419, 066192时1,93065, 38826, 263288时2,21870, 95432, 145GOO10COOOOO11000000120000001300000014000000图三.强度相关变化与声学特性和密度图四.

11、杨氏模量相关变化与声学性能和密度.结论成功的定义明显依赖被检复合材料的强度和其声学性能退化的条件给出了 材料声学性能变化和强度或杨氏模量退化等级之间的一个检测描述为出发点的 关系。在持续降解条件下的剩余材料的声学性能值到达实际降解期间的统计估值 和材料的剩余极限强度值。可以认为在玻璃聚酯复合材料试验中获得数据的这种方法的实用性测试在 聚合物复合材料类，尤其是千篇一律的材料具有较高的同质性和更频繁的重复性 的材料特性被广泛证实。.参考文献R. Chandra, S. P. Singh, K. Gupta, Damping studies in fiberreinforced composites

12、 -a review. Composite Structures 46 (1999) 41-51.L. A. Dobrza ski, Engineering materials and meterial design. Principles of materials sciance and physical metallurgy, WNT. Warszawa, 2006 (in Polish).G. Wrobel, . Wierzbicki, Ultrasounds in the diagnosis of strength changes in laminates put in ageing

13、conditions. 4.784, Sciencefic Confererence on Materials Mechnical and Manufacturing Engineering, Gliwice 2005.S. Mackiewicz, Ultrasounds testings of the composites materials. Sciencefic Confererence on Ultrasounds materials testing, Zakopane 1995. (in Polish).M. Rojek, J. Stabik, G. Wrobel, Ultrason

14、ic methods in diagnostics of composites, 5th Sciencefic Confererence on Polimers and constructions composites, Gliwice, 2002. (in Polish).M. Rojek, J. Stabik, G. Wrobel, Ultrasonic methods in diagnostics of epoxy-glass composites, Journal of Materials Processing Technology (2005) 162-163.J. Obraz, U

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18、ternational Scientific Conference on Contemporary Achievements in Mechanics, Manufacturing and Materials Science. Gliwice - Zakopane, 2005, 1040-1044.C. Potel, T. Chotard, J. F Belleval, M. Benzeggagh, Characterization of composite material by ultrasonic methods, Composites Part B (1998) 159-169.J. Depu