CFRP復合材料二維RVM分級優(yōu)化與孔隙三維形貌重建.pdf

1、超聲衰減法是目前碳纖維增強復合材料(CFRP，Carbon Fibre Reinforced Plastics)孔隙率無損檢測最為常用的方法，已有眾多國內外學者針對孔隙的超聲散射衰減問題建立了模型，而模型能否對孔隙形貌和分布進行合理地描述是建模的關鍵，大多數模型都基于彈性各向同性介質理論，假設孔隙形狀規(guī)則且均勻分布，理論預測與實驗結果只在特定頻率下符合較好。本課題組根據隨機介質理論和統(tǒng)計學原理，將CFRP基體視為具有平均特性的背景介質，

2、將孔隙視為這種背景介質上的微小隨機擾動，利用平穩(wěn)隨機過程以及自相關長度、粗糙度因子、擾動標準差等參數加以描述，建立了二維隨機孔隙模型(RVM，Random Void Model)，與以往模型相比，孔隙形貌模擬結果及超聲衰減理論預測結果都比較好，但是目前該模型還存在一些不足:①用該方法針對孔隙尺寸離散度大的樣品建立二維RVM時，無法同時兼顧大孔和小孔，會造成大孔信息的丟失;②目前的RVM是二維的，而真實材料是三維的，導致理論結果與實驗結果

3、之間存在較大偏差。本文主要包括兩方面的內容:CFRP復合材料二維RVM優(yōu)化和孔隙三維形貌重建。
　　針對孔隙率P=4.08％、孔隙長度L變化范圍5～217um、尺寸離散度大的樣品，將孔隙分為兩級，L＜50μm的孔隙定為1級，L≥50μm的孔隙定為2級，對各級別孔隙分別建模并疊加，得到樣品的隨機孔隙模型。建模結果中較大的孔隙和大量微小孔隙都得到了體現(xiàn)，孔隙的尺寸分布與真實情況更為接近。分級建模結果可以更好地對孔隙形貌進行描述，擴大了

4、二維RVM的適用范圍。
　　針對單向CFRP層壓板，借助超聲C掃描選出衰減系數變化范圍2.49～4.42dB·mm-1、孔隙率變化范圍0.88％～3.04％的5個區(qū)域，使用金相法對每個區(qū)域獲得各102層連續(xù)切片，，基于連續(xù)切片對孔隙的三維形貌進行了重建。觀察重建結果發(fā)現(xiàn)，孔隙沿著纖維方向的尺寸較大，呈根須狀，主要分布在纖維鋪層層間界面上，形貌較為復雜，存在分叉現(xiàn)象。其中2號和10號區(qū)域的孔隙呈彌散狀在區(qū)域內大范圍分布，這種分布特征