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的優勢更爲突出。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.纖維增強複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,纖維增強複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能够用于上述试样的轴向和横向性能的表征,是因为一些谐振对圆柱形工件的轴向性能高度敏感,而有些谐振则主要对横向性能敏感。研究发现,Rayleish波和Whispering Gal-lery波主要对材料的横向性能敏感,而导波( Guided Wave) 则对材料的轴向性能高度敏感。图9-7显示了连续纤维增强型铝基复合材料(continu-ous-fiber aluminum matrix composite ,CF-AMC)的弹性模量E11增加5%前后形状函数的变化,该材料的弹性性能如下:
這裏,方向3爲沿軸線方向,而方向1和2則分布在橫截面上。複合材料的基體是鋁,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)。
图9-7中,字母R、W和G分别表示Rayleigh波、Whispering Gal-lery波和导波。可以看到,横向E11增加5%主要影响R和W的谐振,而C的谐振则几乎没有变化。
图9-8显示了弹性模量E33增加5%的影响;图9-9 显示切变模量G13增加5%的影响。这两个弹性常数对沿轴向传播的波有着强烈的影响,因此可以观察到这两种情况中,G模式最敏感,而R和W则几乎没有变化。同时要注意到的一点是,相对于E33的变化而言,G的谐振对G13的变化更敏感。这是因为导波主要是一种剪切波,剪切波自然对切变模量的变化更敏感。
對CF-AMC棒測量與計算所得的形狀函數進行比較(見圖9-10)後,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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