本發(fā)明屬于物理性質(zhì)測(cè)試裝置和方法領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、針對(duì)復(fù)合材料可靠性評(píng)估的問題，通過檢測(cè)物理性能難以全面的評(píng)估復(fù)合材料在使用過程中的疲勞失效風(fēng)險(xiǎn)；通過注入芯片模擬實(shí)際工況條件可靠性風(fēng)險(xiǎn)又具有較高的時(shí)間和資源成本，經(jīng)濟(jì)性較差；通過循環(huán)疲勞試驗(yàn)中表征裂紋傳播速度能夠評(píng)估服役周期的可靠性，但不能實(shí)時(shí)的反應(yīng)復(fù)合材料失效過程中的應(yīng)力變化及裂紋擴(kuò)展情況。

2、以底部填充膠為例，底部填充膠疲勞可靠性的衡量方法包括三種：(1)測(cè)試底部填充膠的斷裂韌性來間接反映，cn105829389a通過將環(huán)氧樹脂固化物制作成長57.2mm×寬13.0mm×厚6.5mm的樣條，在樣條中間位置引入裂紋，在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上加載后量取裂紋擴(kuò)展長度，進(jìn)一步計(jì)算得到斷裂韌性來評(píng)估環(huán)氧樹脂固化物的可靠性；(2)cn115322718a通過將底部填充膠注入倒裝芯片中，將器件msl4級(jí)預(yù)處理(precon)后，投入溫度循環(huán)試驗(yàn)箱(tct)經(jīng)過一定循環(huán)后，檢測(cè)底部填充膠是否出現(xiàn)開裂或分層來衡量疲勞可靠性；(3)通過疲勞表征底部填充膠疲勞裂紋傳播下線應(yīng)力擴(kuò)大系數(shù)范圍δkth來衡量疲勞可靠性，cn118451123a通過微小載荷試驗(yàn)機(jī)對(duì)帶有預(yù)制裂紋的樣條施加循環(huán)載荷，收集裂紋擴(kuò)展長度，繪制da/dn＝c(δk)m曲線，其中(a：裂紋擴(kuò)展長度，n：循環(huán)次數(shù))，取裂紋傳播速度da/dn＝1×10-9m/cycle時(shí)的δk為δkth，δkth越大疲勞可靠性越高。上述三種方法均不同程度存在現(xiàn)有復(fù)合材料可靠性評(píng)估中的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法，該裝置及方法可以通過應(yīng)變感應(yīng)組件感知復(fù)合材料原品在循環(huán)應(yīng)力作用下的裂紋擴(kuò)展情況，數(shù)據(jù)采集組件采集應(yīng)變感應(yīng)組件感知到的裂紋擴(kuò)展信息，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證過程中復(fù)合材料的疲勞可靠性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證了測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定的同時(shí)，也滿足了試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)高效。

2、為達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明目的之一在于提供一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，該監(jiān)測(cè)裝置包括：

4、應(yīng)變感應(yīng)組件、應(yīng)力輸出組件和數(shù)據(jù)采集組件；

5、應(yīng)變感應(yīng)組件設(shè)置于樣品的預(yù)制裂紋處；

6、數(shù)據(jù)采集組件與應(yīng)變感應(yīng)組件電連接；

7、應(yīng)力輸出組件用于對(duì)所述樣品施加循環(huán)應(yīng)力；

8、數(shù)據(jù)采集組件用于采集所述應(yīng)變感應(yīng)組件監(jiān)測(cè)到的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

9、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，檢測(cè)裝置還包括溫控組件，用于改變所述樣品的環(huán)境溫度。

10、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，應(yīng)變感應(yīng)組件包括應(yīng)變片，應(yīng)變片的柵絲與預(yù)制裂紋的生長方向垂直。

11、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，應(yīng)力輸出組件包括疲勞試驗(yàn)機(jī)，樣品固定于疲勞試驗(yàn)機(jī)的夾具組件。

12、和/或，所述數(shù)據(jù)采集組件包括應(yīng)變數(shù)據(jù)采集分析儀，應(yīng)變數(shù)據(jù)采集分析儀與應(yīng)變感應(yīng)組件電連接。

13、本發(fā)明目的之二在于提供一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，該監(jiān)測(cè)方法使用目的之一提供的復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，該監(jiān)測(cè)方法包括：

14、將應(yīng)變感應(yīng)組件固定于所述樣品的預(yù)制裂紋處；

15、使用應(yīng)力輸出組件向所述樣品施加循環(huán)應(yīng)力，數(shù)據(jù)采集組件收集應(yīng)變感應(yīng)組件監(jiān)測(cè)到的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

16、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，預(yù)制裂紋設(shè)置于所述樣品的中間位置，預(yù)制裂紋的開口貫穿開口所在的樣品平面。

17、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，應(yīng)變感應(yīng)組件設(shè)置于預(yù)制裂紋生長方向所對(duì)應(yīng)的樣品平面，并覆蓋預(yù)制裂紋。

18、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，應(yīng)變感應(yīng)組件的柵絲與預(yù)制裂紋的生長方向垂直。

19、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，應(yīng)變感應(yīng)組件于預(yù)制裂紋的生長方向的長度至少為預(yù)制裂紋初始長度的2倍。

20、作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案，應(yīng)力輸出組件施加的循環(huán)應(yīng)力包括正弦模式。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

22、(1)本發(fā)明提供一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法，該裝置及方法可以通過應(yīng)變感應(yīng)組件感知復(fù)合材料原品在循環(huán)應(yīng)力作用下的裂紋擴(kuò)展情況，數(shù)據(jù)采集組件采集應(yīng)變感應(yīng)組件感知到的裂紋擴(kuò)展信息，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證過程中復(fù)合材料的疲勞可靠性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證了測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定的同時(shí)，也滿足了試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)高效

23、(2)相較于經(jīng)過一定數(shù)量的疲勞循環(huán)試驗(yàn)后測(cè)量裂紋擴(kuò)展長度來計(jì)算裂紋擴(kuò)展速率，從側(cè)面表征復(fù)合材料的機(jī)械可靠性的方法。本發(fā)明通過應(yīng)變片監(jiān)測(cè)裂紋的擴(kuò)展情況，可以實(shí)時(shí)反映出在疲勞循環(huán)試驗(yàn)過程中預(yù)制裂紋從開始擴(kuò)展到材料失效的動(dòng)態(tài)變化情況，為探究疲勞失效機(jī)制及誘因和優(yōu)化底部填充膠的配方提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)裝置包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)裝置還包括溫控組件，用于改變所述樣品的環(huán)境溫度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述應(yīng)變感應(yīng)組件包括應(yīng)變片，所述應(yīng)變片的柵絲與所述預(yù)制裂紋的生長方向垂直。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述應(yīng)力輸出組件包括疲勞試驗(yàn)機(jī)，所述樣品固定于所述疲勞試驗(yàn)機(jī)的夾具組件；

5.一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)方法使用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，所述監(jiān)測(cè)方法包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)制裂紋設(shè)置于所述樣品的中間位置，所述預(yù)制裂紋的開口貫穿所述開口所在的樣品平面。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述應(yīng)變感應(yīng)組件設(shè)置于所述預(yù)制裂紋生長方向所對(duì)應(yīng)的樣品平面，并覆蓋所述預(yù)制裂紋。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所訴應(yīng)變感應(yīng)組件的柵絲與所述預(yù)制裂紋的生長方向垂直。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所訴應(yīng)變感應(yīng)組件于所述預(yù)制裂紋的生長方向的長度至少為所述預(yù)制裂紋初始長度的2倍。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述應(yīng)力輸出組件施加的循環(huán)應(yīng)力包括正弦模式。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種復(fù)合材料裂紋擴(kuò)展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法，該監(jiān)測(cè)裝置包括：應(yīng)變感應(yīng)組件、應(yīng)力輸出組件和數(shù)據(jù)采集組件；應(yīng)變感應(yīng)組件設(shè)置于樣品的預(yù)制裂紋處；應(yīng)力輸出組件用于對(duì)樣品施加循環(huán)應(yīng)力；數(shù)據(jù)采集組件用于采集應(yīng)變感應(yīng)組件監(jiān)測(cè)到的應(yīng)變數(shù)據(jù)。該裝置及方法可以通過應(yīng)變感應(yīng)組件感知復(fù)合材料原品在循環(huán)應(yīng)力作用下的裂紋擴(kuò)展情況，數(shù)據(jù)采集組件采集應(yīng)變感應(yīng)組件感知到的裂紋擴(kuò)展信息，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證過程中復(fù)合材料的疲勞可靠性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證了測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定的同時(shí)，也滿足了試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)高效。

技術(shù)研發(fā)人員：龐海波,李剛,陳靜,張若愚,朱朋莉,楊金寶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳先進(jìn)電子材料國際創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15