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碳纤维增强复合材料在服役过程中容易受到低速冲击,造成基体开裂、纤维断裂、分层等多种表面不可见的内嵌损伤。这些损伤导致复合材料的强度及刚度大幅度下降,严重削弱了结构的承载能力及使用寿命。因此对含低速冲击损伤复合材料进行损伤检测和力学性能评估至关重要。红外热成像检测法具有非接触、简便快捷且全场扫描等优点,非常适用于复合材料低速冲击损伤的检测。但传统热像重构方法难以对系统噪音以及加热不均引起的不规则背景进行有效消除,且无法对不同损伤的细节特征进行有效识别。本文基于脉冲热成像技术,对传统的主成分法进行有效改进,并将其应用于碳纤维增强复合材料层合板的低速冲击损伤检测及疲劳破坏监测,对冲击损伤进行无损评价和量化识别。主要研究内容及结论如下:(1)采用高斯滤波预处理、热像数据的标准化以及不同主成分的组合等方法,对传统主成分热像重构法进行有效的改进,获得更为精准的缺陷或损伤空间和时间变化信息,提高热成像损伤检测的信噪比。(2)对不同铺设方向的T300/#2510复合材料层合板进行低速冲击试验,利用热成像技术对冲击损伤进行评价和量化描述,发现冲击损伤与冲击能量成正比关系,随着冲击能量的增加,损伤沿着X方向的扩展速度较Y方向更快;相邻铺层的铺设方向对层合板的抗冲击能力有显著影响,在相同冲击能量下,含相同铺设角度的铺层越多,其冲击损伤面积越大。(3)对含低速冲击损伤的层合板进行静压缩试验,研究结果表明:低速冲击损伤对复合材料的压缩强度影响非常大,当冲击能量贯穿层合板时,层合板的剩余强度仅约为无损板强度的40%;相同冲击能量下,含有相同铺设角度铺层多的层合板剩余强度更低。(4)对含低速冲击损伤的层合板进行压-压疲劳试验,采用脉冲热成像及DIC(数字图像相关)技术对损伤的扩展进行在线监测,发现在疲劳载荷作用下,冲击损伤的扩展可分为三个阶段;冲击损伤严重降低层合板的疲劳寿命;与冲击能量和疲劳应力水平相比,铺层顺序对疲劳寿命的影响相对较小。