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1.研究背景
WSRS-編織間隔結構增強夾層復合材料，因具有吸能、輕質、高分層阻力特征，在航空、交通運輸、建筑領域的減震器上有廣泛應用。
WSRS夾層結構復雜，對其在力學載荷下經向(WSRS-WA)、緯向(WSRS-WE)的承載能力、失效過程表征缺乏有效方法。
2.研究概述
河北科大紡織服裝技術創新中心研究人員利用聲發射(AE)技術捕獲不同高度規格的WSRS(詳見3.1)力學加載下損傷釋放的應變能，再利用數字圖像相關(DIC)技術實時觀察其受損區域的破壞模式以及表層、芯樁和泡沫材料的協同效應圖像，分析力學性能、AE信號參數和應變曲線圖，研究驗證彎曲加載過程中的破壞機制。
3.研究材料與設備
圖1 WSRS材料 AE設備 DIC設備
3.1 制備六個不同規格、機械性能的WSRS，用作實驗標準試件。
3.2 聲發射(AE)探測設備，規格40dB放大器，兩個RS-2A傳感器，捕獲六個AE信號，進行損傷分析，確定WSRS失效機理。
3.3 數字圖像相關(DIC)應變場測量設備，捕捉試件WA,WE方向上的全場應變，還原WSRS動態損傷過程，研究彎曲響應機理。
3.4 萬能材料強度機，對WSRS進行三點彎曲測試，試驗標準參照ISO 1209-1-2007(E)。
3.5 掃描電鏡，分析WSRS最終失效情況，驗證AE信號分析和數字圖像相關(DIC)應變分析結論。
4 數字圖像相關(DIC)研究驗證部分
選中六個WSRS的中間區域(見圖2)進行DIC分析，獲得芯層和泡沫之間的局部應變變化，利用拉格朗日微應變實時監測WSRS，比較六個WSRS的平均微應變隨時間變化趨勢(見圖3)。
對比發現，WSRS-2和WSRS-4應變軌跡相同，表明壓縮應變大于拉伸應變，但微應變較WSRS-4更突然，表明WSRS-2產生更多的剪切破壞。WSRS-6的破壞機制并不明顯，加載狀態穩定，平均微應變呈線性變化，WSRS-6-WA經向和WSRS-6-WE緯向應變趨勢不同，經向WA平均微應變表現同WSRS-4的壓縮應變。緯向表現出明顯的拉伸應變。
圖2 WSRS應變面積 圖3 WSRS平均微應變值
為進一步觀察6個WSRS加載過程中的應變趨勢，以20秒為節點，選擇應變圖表征6個不同時間點的失效模式。藍色區域表示壓縮應變，紅色區域表示微應變值實時變化引起的拉伸應變。圖4、圖5顯示，芯層作為主要失效體，泡沫壓縮過程中出現缺失。
圖4 WSRS-WA 經向應變圖 根據WSRS-WA(圖4)，核心層壓縮導致上層移動時，主要受拉伸應變影響。隨著高度增加，應變曲線圖呈現不同趨勢。60秒內，WSRS-2-WA核心層不足以承受應力，使得壓縮應變轉移至下層，然后導致壓縮應變穿透整個芯層。120秒后，WSRS-2-WA出現內層破壞，芯層出現界面分層現象。WSRS-4-WA在80秒時出現壓縮應變，并呈蝴蝶狀擴散。 WSRS-6-WA在100秒才顯示壓縮應變，表明受高度因素影響，下層受到拉伸效應較弱，延緩壓縮應變傳遞。圖5顯示，WSRS-2-WE、WSRS-4-WE與WSRS-2-WA、WSRS-4-WA應變趨勢相同，但時間均早于后者，WSRS-2-WE于40秒，WSRS-4-WE于80秒出現壓縮應變，表明WSRS-WE整體破壞早于WSRS-WA。80秒后，上層集中破碎，下層拉伸，在應變圖中出現缺失。同時，WSRS-6-WE也出現芯樁分離現象(圖5)。 圖5 WSRS-WE 緯向應變圖 與WSRS-2、WSRS-4和WSRS-6-WA不同，WSRS-6-WE兩側都有拉伸應變，這是由于泡沫材料的聯動作用和芯樁的傳遞效應，增加抗彎強度。 5.研究結論 結合聲發射 (AE) 技術和數字圖像相關 (DIC) 方法揭示了編織間隔結構增強夾層復合材料 (WSRS) 的動態損傷過程和彎曲響應。 結果表明，WSRS-WE的整體壓縮應變早于WSRS-WA，失效區域也更為突出，說明WSRS-WE中芯樁結構的協同效應優于WSRS-WA。當受到彎曲應力時，WSRS 在緯向的承載能力高于經向，表現出更好的完整性和承載能力。文章摘自《Combining acoustic emission and digital image correlation analysis fordynamic damage response of woven spacer structure reinforced sandwich composites》
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