[发明专利]一种表征与评价单向纤维复合材料细观损伤的方法

说明书

本发明公开了一种表征与评价单向纤维复合材料细观损伤的方法，所述方法包括：步骤S1：制作由单模光纤和相应的基体组成的模型单向纤维复合材料；步骤S2：采用毫米级高空间分辨率应变传感技术，对所述模型单向纤维复合材料进行光纤高空间分辨率应变测试，根据所述模型单向纤维复合材料内全部光纤上应变、应变梯度变化，进行不同条件下单向纤维复合材料细观损伤的表征与评价。本方法能有效应用于单向纤维复合材料损伤发生、发展及演化全过程的表征与评价。

技术领域

本发明属于纤维复合材料局部损伤表征、纤维复合材料力学性能评价技术领域，特别涉及一种表征与评价单向纤维复合材料细观损伤的方法。

背景技术

纤维复合材料是采用单向纤维复合材料通过不同角度铺层得到，因此单向纤维复合材料的力学性能是纤维复合材料力学性能的基础。单向纤维复合材料具有高抗拉强度、高耐腐蚀性及高比强度等优点，单向纤维复合材料主要利用其内纤维优异的抗拉性能，单向纤维断裂后由于基体的黏结作用，破断纤维在离开断点一段范围后可以继续承载。

通常而言，单向纤维复合材料的细观损伤包括以下几类：1.纤维与基体脱黏；2.基体开裂；3.纤维断裂。这些细观损伤在荷载、环境及其耦合作用下不断演化发展最终引起单向纤维复合材料的破坏，细观损伤的演化发展直接影响单向纤维复合材料的宏观力学性能。

目前复合材料细观损伤表征与评价主要采用光学成像方法，但是基于光学成像方法对单向纤维复合材料试件有严格的要求，很难实现单向纤维复合材料在拉伸荷载、疲劳荷载、湿热及紫外老化作用下细观损伤演化实时原位表征。

发明内容

本发明提供一种表征与评价单向纤维复合材料细观损伤的方法，以解决现有技术中光学测试难以实时、原位及定量表征与评价单向纤维复合材料细观损伤的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种表征与评价单向纤维复合材料细观损伤的方法，包括：

步骤S1、制作由单模光纤和相应的基体组成的模型单向纤维复合材料；

步骤S2、采用毫米级高空间分辨率应变传感技术，对所述模型单向纤维复合材料进行光纤高空间分辨率应变测试，根据所述模型单向纤维复合材料内全部光纤上应变、应变梯度变化，进行不同荷载条件下单向纤维复合材料细观损伤的表征与评价。

可选地，所述S1的步骤：

步骤S11：分析原型单向纤维复合材料的荷载作用与截面形状，确定基本力学参数，及单向纤维体积含量；

步骤S12：采用单模光纤作为替代原型单向纤维复合材料中的单向纤维，每根光纤同时兼具受力与高空间分辨率应变传感的功能，并由步骤S11中的截面形状、基本力学参数以及单向纤维体积含量，根据相似原理，确定相应的基体，及纤维与基体界面的基本力学性能，并确定所述模型单向纤维复合材料的截面尺寸；

步骤S13：制作由所述单模光纤和相应的基体组成的所述模型单向纤维复合材料。

可选地，步骤S1中采用压模真空注塑或拉挤成型工艺制作所述模型单向纤维复合材料，所述模型单向纤维复合材料的截面形状与原型单向纤维复合材料的截面形状相同，截面尺寸根据相似原理确定。

可选地，步骤S11中确定的基本力学参数包括以下至少一种：复合材料中纤维的抗拉强度、疲劳性能、弹性模量、纤维与基体的界面黏结强度，及基体弹性模量；步骤S12中的基本力学性能包括以下至少一种：基体的弹性模量，及基体与单模光纤的黏结强度。

可选地，所述S2的步骤：

步骤S21、在所述模型单向纤维复合材料成型后对每根光纤进行初始标定，确定复合材料内光纤相对位置与初始状态；