不同拉伸载荷下复合材料损伤扩展的Lamb波非线性检测数值和试验研究

摘要

为了研究复合材料拉伸损伤扩展的非线性超声检测评定方法,基于非线性Lamb波的数值与试验方法,对正交异性碳纤维增强环氧树脂复合材料拉伸损伤扩展进行了检测。针对各向异性复合材料层合板,建立了考虑拉伸载荷加载材料损伤演化和Lamb波传播的非线性数值多载荷步模型。利用Hashin准则预测了层合板受拉产生的损伤演化,通过去震荡阻尼和位移载荷来模拟Lamb在板中的传播,接收时间位移信号并提取计算出相对非线性系数,从而评价材料的损伤扩展程度。通过拉伸试验机测试复合材料试件拉伸力学性能,并通过RAM-5000 SNAP非线性检测系统对损伤后的试件进行检测,提取高次谐波信号,对数值计算结果进行验证。结果表明,材料受到拉伸损伤后,Lamb波在板中的传播会产生明显的非线性响应;在未产生宏观断裂前,拉伸位移、损伤程度与非线性系数呈正相关;试验与仿真的结果有较好的一致性。因此非线性系数可以作为拉伸损伤检测的一个评价指标。