[论文解读] Non-Destructive Acoustic Test (NDAT) to Determine Elastic Modulus of Polymeric Composites

Seyyed Yahya Mousavi, Mohammad Mahdi Jalili+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2017

Ultrasonics and Acoustic Wave Propagation参考文献 10被引用 9

一句话总结

本研究提出一种基于纵向自由振动的无损声学检测（NDAT）方法，用于测定聚合物基复合材料的弹性模量，其结果与破坏性力学测试高度一致。该方法在玻璃纤维、碳纤维和大麻纤维增强聚酯复合材料中均表现出优异的重复性和准确性。

ABSTRACT

In this paper, three different fiber polyester composites (glass fiber, carbon fiber and hemp fiber) were separately prepared via pultrusion method. Then, a Non Destructive Acoustic Test (NDAT) based on longitudinal free vibration was utilized to measure viscoelastic properties of resultant composites. Also, the way to obtain composites' elastic modulus was discussed in details. The results showed a tremendous agreement between destructive mechanical methods and NDAT method based on longitudinal free vibration. Furthermore, this method revealed an excellent repeatability

研究动机与目标

• 开发一种用于测定纤维增强聚合物基复合材料弹性模量的无损检测方法。
• 评估声学检测与传统破坏性力学测试相比的可靠性与重复性。
• 研究NDAT在不同类型纤维（包括玻璃纤维、碳纤维和天然大麻纤维）中的适用性。
• 建立一种实用、非侵入性的方法，用于拉挤成型复合材料的粘弹性性能评估。
• 验证NDAT方法作为耗时且材料损耗大的传统力学测试的可行替代方案。

提出的方法

• 采用拉挤成型工艺制备了三种纤维增强聚酯复合材料（玻璃纤维、碳纤维和大麻纤维）。
• 在复合材料试样中激发纵向自由振动，以激发声学共振模式。
• 利用无损声学技术测量基频共振频率。
• 基于纵向振动理论推导出的理论关系，从测得的共振频率计算弹性模量。
• 该方法依赖于共振频率、试样长度和材料密度之间的关系，以推断弹性模量。
• 将结果与标准破坏性力学测试的结果进行比较，以验证其准确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 基于纵向自由振动的NDAT能否准确测定聚合物基复合材料的弹性模量？
• RQ2 NDAT测得的弹性模量与破坏性力学测试结果在数量上相比如何？
• RQ3 NDAT方法在不同纤维增强复合材料类型中的重复性和一致性如何？
• RQ4 NDAT方法在天然纤维（大麻）、合成纤维（玻璃）和先进纤维（碳）增强复合材料中是否保持准确性？
• RQ5 NDAT能否作为传统力学测试在复合材料中的可靠无损替代方法？

主要发现

• NDAT方法测得的弹性模量与破坏性力学测试结果高度一致。
• 该方法在对同一复合材料试样进行重复测量时表现出极佳的重复性。
• 通过NDAT获得的弹性模量在三种复合材料类型（玻璃纤维、碳纤维和大麻纤维增强聚酯）中均保持一致。
• 本研究证实，基于纵向振动的NDAT是一种可行且准确的无损弹性模量评估方法。
• 结果支持将NDAT作为复合材料质量控制中节省时间和材料的高效替代方法。
• 该方法的准确性和重复性已在多种纤维增强聚合物材料中得到验证。