自动纤维铺放工艺中铺层序列和压实力对机械性能及损伤机制的影响——声发射技术分析

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本研究考察了自动纤维铺放（AFP）工艺中压实力对不同铺层序列碳纤维增强复合材料力学性能和断裂行为的影响。采用300 N和600 N两种压实力制备单向（UD）、交叉铺层（CP）和准各向同性（QI）层板。进行了拉伸、模式I、模式II和短梁剪切（SBS）试验，并辅以原位声发射（AE）技术实时监测损伤演化过程。较高的压实力增强了拉伸强度，特别是QI层板提高了12%，而UD和CP层板的杨氏模量基本不变。在较高压实力下，UD和CP层板的模式I层间断裂韧性提高了16%，而QI层板变化不明显。模式II试验表明QI层板具有优异的分层抗力，而UD复合材料因裂纹快速扩展而表现出较低的韧性。声发射分析表明QI层板在模式I和模式II加载条件下具有更高的累积声发射计数和能量，反映了损伤积累和能量耗散的增加。此外，声发射数据通过峰值频率和能量水平揭示了界面结合力的增强。本研究强调了纤维取向和压实力在决定AFP制造复合材料力学性能和损伤行为中的关键作用。通过集成原位声发射技术，为优化AFP工艺以提升复合材料性能提供了科学依据。

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