一種樹脂基復(fù)合材料的全面殘余應(yīng)力超低溫檢測法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種樹脂基復(fù)合材料的全面殘余應(yīng)力超低溫檢測法，特別是一種針對各向異性非均質(zhì)性樹脂基復(fù)合材料的殘余應(yīng)力的測定方法。該發(fā)明采用低溫應(yīng)變花測定全面殘余應(yīng)力，解決了傳統(tǒng)技術(shù)無法全面表征各向異性非均質(zhì)性樹脂基復(fù)合材料式樣整體殘余應(yīng)力的問題。為實現(xiàn)對樹脂基復(fù)合材料特別是各向異性非均質(zhì)復(fù)合材料殘余應(yīng)力的全面測量，本發(fā)明采用一種將試樣置于低溫介質(zhì)或環(huán)境中，或者將試樣在低溫及常溫環(huán)境中循環(huán)切換，使殘余應(yīng)力充分釋放，并采用應(yīng)變花對殘余應(yīng)力進行測試的方法。
【專利說明】
一種樹脂基復(fù)合材料的全面殘余應(yīng)力超低溫檢測法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于一種樹脂基復(fù)合材料的全面殘余應(yīng)力超低溫檢測法，特別是一種針對 各向異性非均質(zhì)性樹脂基復(fù)合材料的殘余應(yīng)力的測定方法。該發(fā)明采用低溫應(yīng)變花測定全 面殘余應(yīng)力，解決了傳統(tǒng)技術(shù)無法全面表征各向異性非均質(zhì)性樹脂基復(fù)合材料式樣整體殘 余應(yīng)力的問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 樹脂基復(fù)合材料以其優(yōu)異性能獲得了廣泛應(yīng)用，但成型過程產(chǎn)生的殘余應(yīng)力會影 響復(fù)合材料的質(zhì)量和可靠性，從而嚴(yán)重影響樹脂基復(fù)合材料的性能及應(yīng)用范圍。殘余應(yīng)力 是衡量構(gòu)件質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，許多結(jié)構(gòu)或機械零件的損壞并非由于外加載荷所引起， 而是由于存在不適當(dāng)?shù)臍堄鄳?yīng)力造成的。一般認(rèn)為殘余應(yīng)力的存在會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)零件性能的 劣化，但是若能夠準(zhǔn)確的對殘余應(yīng)力進行測量，也可以對殘余應(yīng)力進行充分利用，如采用各 種辦法使材料表面形成富殘余應(yīng)力層，以提高其抗疲勞強度。因此，了解樹脂基復(fù)合材料殘 余應(yīng)力則非常重要。
[0003] 測試材料殘余應(yīng)力的方法包括無損檢測和有損檢測，無損檢測精度較高，但往往 試驗成本高，不利于在工程中應(yīng)用;有損檢測雖然成本不高，但精度卻較低，難以滿足研究 要求。對于各向異性非均質(zhì)的樹脂基復(fù)合材料，其內(nèi)部殘余應(yīng)力分布是不均勻的，而目前已 有的殘余應(yīng)力的無損檢測和有損檢測方法，均只能檢測式樣局部的殘余應(yīng)力，無法全面表 征式樣整體的殘余應(yīng)力。
[0004] 本發(fā)明正是針對傳統(tǒng)測試方法的這些問題，采用一種將試樣置于低溫介質(zhì)或環(huán)境 中（<TC;Tc為能使式樣產(chǎn)生裂紋的最高溫度），或者將試樣在低溫及常溫環(huán)境中循環(huán)切換， 使殘余應(yīng)力充分釋放，并采用應(yīng)變花對殘余應(yīng)力進行測試的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為實現(xiàn)對樹脂基復(fù)合材料特別是各向異性非均質(zhì)復(fù)合材料殘余應(yīng)力的全面測量， 本發(fā)明采用一種將試樣置于低溫介質(zhì)或環(huán)境中，或者將試樣在低溫及常溫環(huán)境中循環(huán)切 換，使殘余應(yīng)力充分釋放，并采用應(yīng)變花對殘余應(yīng)力進行測試的方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：
[0007] -種樹脂基復(fù)合材料的全面殘余應(yīng)力超低溫檢測法，步驟如下：
[0008] 1)預(yù)處理:在待測樹脂基復(fù)合材料表面中心處確定1個測試點，將測試點處打磨平 整，再用清潔劑清潔測試點，確保測試點表面清潔光滑；
[0009] 2)采用低溫膠將應(yīng)變花粘在步驟1)處理好的測試點上，應(yīng)變花上的一個引線連接 有接線端子;通過接線端子引出應(yīng)變花的測試線，測試線連接數(shù)據(jù)線；
[0010] 3)將另一個應(yīng)變花上的引線連接有接線端子，通過接線端子引出應(yīng)變花的補償 線，補償線連接數(shù)據(jù)線，此應(yīng)變花作為對照組;將步驟2)和步驟3)的數(shù)據(jù)線連接到靜態(tài)應(yīng)變 儀上，測量并記錄應(yīng)變值A(chǔ);
[0011] 4)將粘貼有應(yīng)變花的待測樹脂基復(fù)合材料置于超低溫介質(zhì)中或在超低溫介質(zhì)與 室溫介質(zhì)中不斷循環(huán)變換，待測樹脂基復(fù)合材料在超低溫介質(zhì)中因殘余應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生 應(yīng)變，直至待測樹脂基復(fù)合材料內(nèi)部殘余應(yīng)力全部釋放完成，應(yīng)變值達(dá)到穩(wěn)定；同時將對照 組應(yīng)變花置于超低溫介質(zhì)中或在超低溫介質(zhì)與室溫介質(zhì)中不斷循環(huán)變換，測得應(yīng)變值B，作 為環(huán)境對應(yīng)變花影響的補償量；
[0012] 所述的超低溫介質(zhì)為液氧、液氮或液氦，其溫度不大于Tc，Tc為能使式樣產(chǎn)生裂紋 的最高溫度；
[0013] 5)通過應(yīng)變值A(chǔ)減去應(yīng)變值B，即得到待測樹脂基復(fù)合材料本身殘余應(yīng)力釋放所 引起的應(yīng)變值C;為了提高測量精度，選多點進行上述步驟，確定應(yīng)變值C的平均值，再根據(jù) 彈性力學(xué)理論得出待測樹脂基復(fù)合材料的殘余應(yīng)力，即得待測樹脂基復(fù)合材料的全面殘余 應(yīng)力。
[0014] 所述的彈性力學(xué)理論所用公式為：
[0018]式中：〇!為第一殘余主應(yīng)力、σ2為第二殘余主應(yīng)力;A為待測應(yīng)變花的釋放系數(shù)、B為 對照應(yīng)變花的釋放系數(shù)，A和B的大小采用與被測式樣相同材料的標(biāo)定式樣在單向拉伸狀態(tài) 下測定；ει、ε2、ε 3為應(yīng)變花中三個方向的應(yīng)變片的應(yīng)變值，應(yīng)變花由0度，45度和90度上的3 個應(yīng)變片組成;Φ為主方向角，是〇ι與0度方向的應(yīng)變片間的夾角。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：
[0020] 1)可有效用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的各向異性非均質(zhì)性樹脂基復(fù)合材料殘余應(yīng)力研究；
[0021] 2)可測得相對較大試樣的全面殘余應(yīng)力，更接近實際使用材料；
[0022] 3)對復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀沒有特別要求；
[0023] 4)試驗操作簡單靈活，結(jié)果計算方便。
【附圖說明】
[0024]附圖1是全面殘余應(yīng)力超低溫檢測法實施過程的示意圖。
[0025] 圖中：①待測樹脂基復(fù)合材料;②應(yīng)變花;③端子;④數(shù)據(jù)線;⑤靜態(tài)應(yīng)變儀;⑥計 算機;⑦超低溫介質(zhì)。
【具體實施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖1和技術(shù)方案，進一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0027] 實施例：
[0028] -種0°鋪層的單向碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，其固化過程最高溫度為160 °C，采用本方法測試其固化過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，選取溫度為-196Γ的液氮作為超低溫 介質(zhì)，對試樣進行超低溫浸泡釋放殘余應(yīng)力。
[0029] (1)取尺寸為10cm*10cm的式樣；
[0030] (2)根據(jù)式樣鋪層特點，選取尺寸為lcm*lcm的0° /45° /90°應(yīng)變花；
[0031] (3)在式樣中心處，用800目砂紙打磨，打磨區(qū)域面積大于應(yīng)變花尺寸，用乙醇清理 打磨后的試樣表面并烘干；
[0032] (4)采用低溫膠將應(yīng)變花粘貼在式樣中心，確保0°方向應(yīng)變片與纖維方向一致；
[0033] (5)在應(yīng)變花各導(dǎo)線延長線方向各打磨尺寸約為lcm*lcm的區(qū)域，并用乙醇清理烘 干，用于粘貼端子；
[0034] (6)采用焊錫將應(yīng)變花導(dǎo)線和數(shù)據(jù)線在端子處連接；
[0035] (7)作為環(huán)境對應(yīng)變花影響的補償，將未與式樣粘接的應(yīng)變花也連接好數(shù)據(jù)線，與 式樣一同置于液氮中進行浸泡處理；
[0036] (8)數(shù)據(jù)線與靜態(tài)應(yīng)變儀的數(shù)據(jù)采集通道相連，通過計算機控制并采集數(shù)據(jù)；
[0037] (9)粘有應(yīng)變花的式樣和補償應(yīng)變花在液氮中浸泡12h，同時采集應(yīng)變數(shù)據(jù)；
[0038] (10)根據(jù)本方法所涉及的彈性力學(xué)公式，結(jié)合采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)，計算得出式樣的 全面殘余應(yīng)力及其方向。
【主權(quán)項】
1. 一種樹脂基復(fù)合材料的全面殘余應(yīng)力超低溫檢測法，其特征在于，步驟如下： 1) 預(yù)處理:在待測樹脂基復(fù)合材料表面中心處確定1個測試點，將測試點處打磨平整， 再用清潔劑清潔測試點，確保測試點表面清潔光滑； 2) 采用低溫膠將應(yīng)變花粘在步驟1)處理好的測試點上，應(yīng)變花上的一個引線連接有接 線端子;通過接線端子引出應(yīng)變花的測試線，測試線連接數(shù)據(jù)線； 3) 將另一個應(yīng)變花上的引線連接有接線端子，通過接線端子引出應(yīng)變花的補償線，補 償線連接數(shù)據(jù)線，此應(yīng)變花作為對照組;將步驟2)和步驟3)的數(shù)據(jù)線連接到靜態(tài)應(yīng)變儀上， 測量并記錄應(yīng)變值A(chǔ); 4) 將粘貼有應(yīng)變花的待測樹脂基復(fù)合材料置于超低溫介質(zhì)中或在超低溫介質(zhì)與室溫 介質(zhì)中不斷循環(huán)變換，待測樹脂基復(fù)合材料在超低溫介質(zhì)中因殘余應(yīng)力的釋放而產(chǎn)生應(yīng) 變，直至待測樹脂基復(fù)合材料內(nèi)部殘余應(yīng)力全部釋放完成，應(yīng)變值達(dá)到穩(wěn)定；同時將對照組 應(yīng)變花置于超低溫介質(zhì)中或在超低溫介質(zhì)與室溫介質(zhì)中不斷循環(huán)變換，測得應(yīng)變值B，作為 環(huán)境對應(yīng)變花影響的補償量； 所述的超低溫介質(zhì)為液氧、液氮或液氦，其溫度不大于Tc，Tc為能使式樣產(chǎn)生裂紋的最 高溫度； 5) 通過應(yīng)變值A(chǔ)減去應(yīng)變值B，即得到待測樹脂基復(fù)合材料本身殘余應(yīng)力釋放所引起的 應(yīng)變值C;選多個測試點重復(fù)上述步驟，以提高測量精度，確定應(yīng)變值C的平均值，再根據(jù)彈 性力學(xué)理論得出待測樹脂基復(fù)合材料的殘余應(yīng)力，即得待測樹脂基復(fù)合材料的全面殘余應(yīng) 力； 所述的彈性力學(xué)理論所用公式為：式中，σι為第一殘余主應(yīng)力、〇2為第二殘余主應(yīng)力;A為待測應(yīng)變花的釋放系數(shù)、B為對照 應(yīng)變花的釋放系數(shù)，A和B的大小采用與被測式樣相同材料的標(biāo)定式樣在單向拉伸狀態(tài)下測 定；為應(yīng)變花中三個方向的應(yīng)變片的應(yīng)變值，應(yīng)變花由0度，45度和90度上的3個應(yīng) 變片組成;Ψ為主方向角，是σι與〇度方向的應(yīng)變片間的夾角。
【文檔編號】G01N33/00GK105865684SQ201610210393
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】劉新, 武湛君, 何輝永, 單男, 單一男, 許喬奇
【申請人】大連理工大學(xué)