混凝土梁在受弯过程中表面裂缝分布及演化的宏观特征可以反映其受弯性能, 本文基于不同废旧轮胎钢纤维(WTSF)取代率的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁受弯试验结果, 利用分形理论分析试验梁表面裂缝开展情况。结果表明, BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁表面裂缝分布具有分形特征, 满足自相似性, 分形维数的变化区间为［0.892,1.064］。探讨了梁表面裂缝分形维数与施加荷载值、WTSF取代率、跨中挠度和最大裂缝宽度之间的关系, 并分别拟合了WTSF取代率与完全破坏状态下全梁区和纯弯段分形维数的函数关系。分形维数与施加荷载值、跨中挠度和最大裂缝宽度均呈对数函数关系, 完全破坏状态下, WTSF取代率变大会增大梁表面裂缝的分形维数, 但总体来说不利影响并不明显, 研究结果可为超高性能混凝土的工程实际应用提供参考。

一次性整体成型或传统的加工方式已不能满足聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维增强复合材料精密加工和装配的要求。首先分别采用波长为355 nm的紫外皮秒激光和波长为1030 nm的红外皮秒激光对PBO纤维增强复合材料进行切割加工,加工过程中采用渐进式焦点下移和多道扫描策略;然后采用扫描电子显微镜观察了复合材料的切割截面形貌,分析了材料的物理去除机制和加工热损伤;最后研究了激光功率、扫描速度和方向、脉冲重复频率等激光参数与切割质量、切割效率之间的关系。实验结果表明:紫外皮秒激光可以实现“冷加工”和光化学效应,得到了较高的切割质量;激光焦点随加工进程下移可以有效提高加工质量并改善材料切割表面的一致性。研究结果表明,采用8 W、400 kHz、1000 mm/s的激光参数可以进行高质、高效的材料加工。

激光加工纤维增强复合材料的常见方法是切割、钻孔和表面处理等,本文综述了激光加工纤维增强复合材料的国内外研究进展,重点聚焦碳纤维增强复合材料的激光加工方法,阐述了激光加工纤维增强复合材料的特点和物理去除机制,总结了激光工艺参数对加工质量和加工效率的影响规律,最后展望了激光加工纤维复合材料的发展与挑战。

为了提高红外调制热像法对复合材料缺陷的检测能力, 研究了利用基于复Morlet小波相位分析的红外热像序列处理方法。依据热激励调制频率和红外图像采样频率, 自适应地选择小波变换尺度总数, 然后利用复Morlet小波系数相位从原始热像序列重建相位图序列。对含有分层缺陷的玻璃纤维增强复合材料参考试件进行了调制热像检测实验, 以信噪比为评价指标对该方法的实际处理效果进行了定量评定, 并与傅里叶变换法进行了对比。结果表明: 复Morlet小波相位法可以分离调制热像信号的低频和高频噪声, 能稳定地提取试件不同深度的分层缺陷, 对热激励调制频率的变化有良好宽容性, 因此是调制热像法的有效数据处理方法。

玻璃纤维增强复合材料被广泛应用于航天、 航空及其他军民各领域, 它在制备和使用过程中通常会出现多个缺陷。 太赫兹时域光谱成像技术有望成为玻璃纤维增强复合材料无损检测的有力补充手段。 在太赫兹时域光谱成像过程中, 可以选取时域或频域波形中的不同参数来进行成像。 对于不同的缺陷, 能够有效地对其进行检测的参数是不一样的。 采用基于小波分解的图像融合方法将多幅不同参数获取的太赫兹反射图像结合起来, 得到一幅包含所有缺陷信息的新图像。 研究表明, 基于小波分解的图像融合方法在太赫兹无损检测中的应用, 能够获取单一参数成像无法检测的缺陷信息, 为复合材料太赫兹图像后期处理提供了新的技术方法。

利用太赫兹时域光谱成像技术检测了内含缺陷的玻璃纤维与碳纤维增强复合材料，获得了材料内部缺陷的太赫兹透射图像，从而实现对复合材料样本的无损检测。实验结果表明，太赫兹透射成像技术可检测出多层玻璃纤维复合材料的层间缺陷。但该技术对于碳纤维复合材料中缺陷的检测能力有限，主要是因为碳纤维具有导电特性，导致太赫兹信号对其穿透能力有限。通过对成像模式的调节，太赫兹无损检测技术可对碳纤维材料内部深度约为0.2 mm、宽度为10 mm的缺陷进行成像检测。这为发展准确、灵敏、高效的纤维增强复合材料太赫兹无损检测技术提供了基础实验数据。

考虑材料的热解、氧化、相变及辐射和内外对流换热等物理过程，给出了激光烧蚀纤维增强复合材料的物理模型及数学模型。以碳纤维/环氧树脂复合材料为例，编程计算了材料的激光烧蚀过程，计算结果与实验结果符合得较好。计算结果表明：考虑复合材料的内对流时得到的结果更准确；较强功率密度激光辐照时，氧化对烧蚀的贡献可以忽略；功率密度一定时，烧蚀质量随时间近似为线性变化，功率密度越高，烧蚀效率越高。以辐照结束时背表面温度及烧蚀质量为目标物理量，对烧蚀过程做了参数敏感性分析，结果表明：热容及热导率对背表面温度的影响较大；树脂含量对烧蚀质量的影响较大，但其相对敏感度随激光功率密度增加而下降；激光功率密度超过1 kW/cm2时，辐射系数对烧蚀质量影响较大，但其相对敏感度随激光功率密度增加而下降。