无损表征疲劳损伤的方法

用金属基复合材料制成的构件要求能承受高水平的力学载荷和热载荷，在大多数情况下，这些载荷具有周期性，会发展到疲劳损伤。研究一种在发展的早期能检测在材料中的这种损伤并预测剩余疲劳寿命的方法是重要的。现已证实，超声体波可用以评估钛金属基复合材料中的疲劳损伤。将超声波声速测量装置与拉伸机相配合可完成在疲劳试验过程中对声速做实时测量。从测得的超声波速度数据可计算出疲劳引起的弹性模量的变化，声速是用自参考体波法测量的。

图13.3-18 钛基复合材料结层的基体固化进度（在925℃加热后探测传感器对热等静压压力上升的响应）

注：1psi=6.89kPa，1in=25.4mm。

图13.3-19为所用装置示意图，水槽放在用计算机控制的转台上，试样定位在槽的中央，处于超声波换能器和反射板之间，试样的两端头装在拉伸机的液压夹钳中。

所用试样为[0/90]₂₅，SiC/Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn，SiC纤维为SCS-6，纤维体积分数为35%，复合材料密度为4.18g/cm³。图13.3-20为试样在815℃、100h热处理后在不同疲劳损伤阶段，声速与折射角（声传播方向）的关系。表13.3-4则为在不同疲劳损伤阶段所得到的有效弹性模量。

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图13.3-19 用于超声波速度原位测量的试验装置

图13.3-20 试样在815℃、100h热处理后声速与折射角的关系

表13.3-4 经815℃、100h热处理的[0/90]SiC/Ti-15-3复合材料在不同疲劳（Δσ=0.5σ_n）阶段时的有效弹性模量 （单位：GPa）