對于各向同性圓柱體樣品采用MCRAS測量其彈性性能具有快捷、方便的特點。當試樣只能被做成圓柱形的時候,MCRAS的優勢更為突出。圖9-6是鋁棒樣品的實測和計算所得的形狀函數,比較表明,兩者之間具有非常好的一致性。其中,用于計算形狀函數的彈性常數是由時間渡越法測量所得到的。
2.纖維增強復合材料棒材橫向及軸向性能的評價
對采用橫向各向同性材料制成的圓棒,應用RAS技術可對棒材的橫向及軸向性能進行評價。例如,纖維增強復合材料制成的棒線材表現出強烈且明顯的橫向各向同性。像這種軸向和橫向性能截然不同的試樣,對其性能進行無損表征具有重要意義。
RAS能夠用于上述試樣的軸向和橫向性能的表征,是因為一些諧振對圓柱形工件的軸向性能高度敏感,而有些諧振則主要對橫向性能敏感。研究發現,Rayleish波和Whispering Gal-lery波主要對材料的橫向性能敏感,而導波( Guided Wave) 則對材料的軸向性能高度敏感。圖9-7顯示了連續纖維增強型鋁基復合材料(continu-ous-fiber aluminum matrix composite ,CF-AMC)的彈性模量E11增加5%前后形狀函數的變化,該材料的彈性性能如下:
這里,方向3為沿軸線方向,而方向1和2則分布在橫截面上。復合材料的基體是鋁,而增強纖維是一種高純度(大于99%)細晶粒的氧化鋁纖維(Nextel@ 610陶瓷纖維),它具有高的強度(2.7~3.4GPa)和高的剛度(400GPa)。
圖9-7中,字母R、W和G分別表示Rayleigh波、Whispering Gal-lery波和導波??梢钥吹?,橫向E11增加5%主要影響R和W的諧振,而C的諧振則幾乎沒有變化。
圖9-8顯示了彈性模量E33增加5%的影響;圖9-9 顯示切變模量G13增加5%的影響。這兩個彈性常數對沿軸向傳播的波有著強烈的影響,因此可以觀察到這兩種情況中,G模式最敏感,而R和W則幾乎沒有變化。同時要注意到的一點是,相對于E33的變化而言,G的諧振對G13的變化更敏感。這是因為導波主要是一種剪切波,剪切波自然對切變模量的變化更敏感。
對CF-AMC棒測量與計算所得的形狀函數進行比較(見圖9-10)后,發現兩種方法所得的形狀函數中的諧振效應(曲線的最小值)吻合得很好,且諧振頻率之間的最大差異小于1.5%。需要注意的是,測量所得的形狀函數的幅度受到了測量系統中很多參數的影響,從而在某些頻率處出現了偏差。
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