碳纤维复合材料管

扭转载荷下保持承载

带细微偏轴角的碳纤维复合材料管，扭转失效扭矩下降18.10%，但通过声发射与显微CT可清晰识别损伤模式，为转向柱等扭转承载部件的可靠性设计与损伤监测提供依据。

Zhao, Wenzheng · Guangcan, Yang · 徐春广 · Pei, Ning

Nondestructive Testing and Evaluation 2025

参数信息

失效扭矩下降幅度

18.10 %

最大失效角下降幅度

31.50 %

基体开裂声发射频率范围

<140 kHz

纤维脱粘声发射频率范围

140–250 kHz

纤维断裂声发射频率范围

250–480 kHz

技术优势

损伤模式分得清

声发射信号经模糊C均值聚类后，基体开裂、纤维脱粘和纤维断裂分别落在<140 kHz、140–250 kHz和250–480 kHz频段，与显微CT和SEM观测结果相互印证。

偏轴损失可量化

微小角度偏差导致失效扭矩下降18.10%，最大失效角下降31.50%，这为制备容差控制提供了明确的阈值依据。

内部损伤看得见

利用显微CT无损观测扭转失效后管件内部的损伤形貌与位置，弥补了常规表面检查的不足。

应用场景

• 汽车转向柱：量化偏轴角对扭转承载的削弱，直接用于转向柱的容差设计与可靠性评估。
• 航空航天结构件：提供复合材料管在扭转载荷下的损伤模式数据，支撑航空航天薄壁结构的安全校核。
• 扭矩传递轴：揭示偏轴角引起的扭矩和失效角降幅，为扭矩轴的制造精度要求提供量化依据。
• 复合材料管件结构健康监测：建立声发射频率段与损伤模式的对应关系，用于复合管在役损伤的在线识别。