玻璃纤维复合材料孔隙及分层缺陷超声无损检测及力学性能测试

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雅宝题库解析：
孔隙及分层缺陷是玻璃纤维增强复合材料层压板中最主要的缺陷，对层压板的力学性能有重要影响。风力发电叶片材料主要采用玻璃纤维复合材料，发电叶片长期承受强大的风载荷、气体冲刷等外界外环境的作用，内部的孔隙及分层等缺陷可能成为裂纹源而导致材料失效。因此，对应用在风力发电叶片中的玻璃纤维增强塑料的孔隙及分层缺陷进行系统的研究是非常有必要的。本文主要对两种工艺条件下的有孔隙及分层缺陷的玻璃纤维复合材料的金相显微图像、超声波特征参数、力学性能进行了研究，并分析了孔隙率及分层缺陷大小与显微形貌、超声波特征参数及力学性能之间的关系。在不同真空度（-50kPa，-90kPa，-98kPa）条件下，制备了孔隙率含量不同的试件，采用超声C扫描及烧蚀密度法测定了试件的超声特征参数及平均孔隙率，并通过金相分析对孔隙的分布、形状及尺寸进行了表征。讨论了孔隙率对层压板拉伸、弯曲和层间剪切性能及超声特征参数的影响规律。结果表明，当真空袋真空度从-50kPa降到-98kPa时，孔隙率从4.36%降低到0.34%，衰减系数由1.96 dB/mm降到1.73 dB/mm，抗拉强度增加了7.89% ，弯曲强度增加了14.09%，层间剪切强度增加了6.47%。该成型工艺的实验结果表明孔隙率对力学性能有较大的影响，为热压成型实验测试提供了一定的实际应用基础。在不同热压压力条件下(0.1MPa~0.6MPa)，制备了孔隙率含量不同的试件，进行了与真空袋成型层压板相同的测试，并应用Mar-Lin修正方程，获得了使力学性能下降的临界孔隙率及衰减系数值。结果表明，随着固化压力减小，孔隙率从0.976%增加到5.268%，抗拉强度、弯曲强度和层间剪切强度均下降，衰减系数由1.46dB/mm增加到2.15dB/mm，拟合得到的衰减系数与孔隙率之间的线性关系，得到的使力学性能下降的临界衰减系数在1.5dB/mm左右，对应的孔隙率为1.4%。通过预置聚四氟乙烯薄膜得到含分层缺陷的层压板，可以通过超声波检测观察到分层缺陷的存在。随着分层缺陷面积的减小，弯曲强度、剪切强度的平均值增大。对于不同大小的分层缺陷，分层缺陷的位置的变化对弯曲强度及剪切强度的影响规律基本相同，但是随着分层面积的减小，分层缺陷的存在对弯曲性能及剪切性能的影响越来越小。