[发明专利]复合材料层合板准静态压痕过程损伤量化方法

说明书

本发明提供了一种复合材料层合板准静态压痕过程损伤量化方法，该方法包括：对复合材料层合板准静态压痕过程进行数值模拟，获取分层损伤和基体开裂损伤的损伤能量和损伤面积变化情况，对复合材料层合板准静态压痕过程进行试验，采用K‑Means聚类分析分层损伤和基体开裂损伤的声发射能量变化情况，构建声发射能量‑损伤能量模型，构建损伤能量‑损伤面积模型，融合构建声发射能量‑损伤面积模型。本发明考虑了复合材料层合板在准静态压痕过程中的不同损伤产生的声发射能量和损伤能量，构建了声发射能量与损伤面积直接关系模型，用于在实际使用中量化分析复合材料层合板损伤情况，工程适用性强。

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别是一种复合材料层合板准静态压痕过程损伤量化方法。

背景技术

复合材料层合板因其比刚度高、质量轻等优点而被广泛应用于航空航天领域，在复合材料层合板服役过程中，由于受到冲击等形式的外力破坏，其内部会产生不可见损伤，包括基体开裂损伤、纤维断裂损伤和分层损伤。而其进一步扩展会影响结构安全和使用寿命，如果不及时维修，会造成安全隐患，并造成较高的维修费用。因此，对于复合材料损伤的检测具有重要意义，而传统损伤检测方式如C扫等无损检测方式又因不具有实时性而对损伤检测具有一定的局限性。

当材料内部发生断裂或变形时释放的能量会产生瞬态弹性波，传到材料表面，就会被材料表面的压电传感器由机械信号转换为电信号，通过声发射采集系统，就可以被记录为声发射信号。声发射信号由于其具有实时性、对缺陷敏感等特点，被广泛应用于无损检测领域。当前利用声发射技术对复合材料损伤检测的应用主要在损伤定位和损伤识别，而对损伤的定量检测更加重要，只有知道当前损伤定量情况，才能分析材料的损伤情况，评估剩余寿命，也有助于减少维修费用、降低安全隐患。因此，对于实际使用中基于声发射技术的复合材料层合板损伤定量检测方法的设计是十分必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，本发明的目的在于基于声发射技术，建立复合材料层合板准静态压痕过程中损伤定量分析的方法，该方法模拟了实际使用过程中复合材料层合板由于受到冲击损伤时内部产生的多种损伤情况，通过建立声发射能量和损伤面积的直接关系，从而对复合材料层合板准静态压痕过程中的损伤量化。

/一种复合材料层合板准静态压痕过程损伤量化方法，其包括以下步骤：

S1，复合材料层合板准静态压痕过程数值模拟：进行复合材料层合板的渐进损伤仿真分析，根据损伤失效准则分别得到分层损伤和基体开裂损伤的损伤能量和损伤面积变化情况，所述损伤失效准则包括Hashin失效准则和Cohesive单元失效准则；

S2，获取准静态压痕过程声发射能量变化情况：对复合材料层合板在准静态压痕过程进行试验，记录声发射时间信号，统计并筛选声发射特征参数，构建声发射数据集并对其进行PCA降维处理，采用K-Means聚类分析并进行损伤识别，得出分层损伤和基体开裂损伤在准静态压痕过程中的声发射能量变化情况；

S3，构建声发射能量-损伤能量模型：根据复合材料层合板在准静态压痕数值模拟得到的分层损伤和基体开裂损伤的损伤能量变化情况，结合分层损伤和基体开裂损伤在准静态压痕过程中的声发射能量变化情况，构建声发射能量-损伤能量模型；

S4，构建损伤能量-损伤面积模型：根据复合材料层合板在准静态压痕数值模拟得到的分层损伤和基体开裂损伤的损伤能量和损伤面积变化情况，构建损伤能量-损伤面积模型；以及

S5，构建声发射能量-损伤面积模型：融合所建立的声发射能量-损伤能量模型和损伤能量-损伤面积模型，构建声发射能量-损伤面积模型，根据声发射能量-损伤面积模型直接通过基体开裂损伤声发射能量和分层损伤声发射能量得到损伤面积，其中声发射能量-损伤面积模型具体为：