张勇祯, 童小燕, 姚磊江, 李斌, 白国栋

基于改进遗传算法的C/SiC拉伸损伤声发射模式识别

张勇祯1,2, 童小燕1, 姚磊江1, 李斌1, 白国栋1,2

(西北工业大学 1. 无人机特种技术国防科技重点实验室; 2. 航空学院, 西安 710072)

采用层次聚类及基于改进遗传算法的无监督模式识别方法, 对2D-C/SiC复合材料常温拉伸试验过程的声发射数据进行分析, 结合试样断口的扫描电镜(SEM)照片, 得到拉伸过程中5类损伤模式及其典型声发射特征参数。通过对各类损伤的能量分布、累计事件数和累计能量的分析, 研究C/SiC复合材料的损伤演化过程, 发现其过程可分为基体微裂纹和界面失效为主的初始损伤阶段、基体微裂纹停滞导致层间剥离及纤维失效占主导地位的裂纹饱和阶段、基体长裂纹和界面失效为主的损伤积累发展阶段和纤维束大量失效的宏观断裂阶段。

C/SiC; 声发射; 改进遗传算法; 无监督聚类; 损伤

连续纤维增韧碳化硅(C/SiC)具有良好的高温性能, 在航空发动机、燃气轮机、空天飞行器等热结构中有广阔的应用前景[1-3]。它的损伤破坏过程存在复杂的微观机制和交互作用, 传统的力学实验和微观观察无法对材料损伤演化过程进行在线监测, 难以对材料的损伤演化机制进行准确描述。通过声发射技术可以探测材料内部结构变化产生的瞬时弹性波, 对材料内部各种损伤模式、损伤演化过程实现在线监测, 准确地反映材料的服役性能[4-6]。

然而C/SiC材料失效过程会产生大量、复杂的声发射信号, 如何将这些信号与材料的损伤机制关联起来, 就成为需要解决的关键问题, 即要建立可靠的声发射模式识别方法[7]。……