机械工程学报

作者：潘勤学, 赵广源, 于昊申, 徐佳褀

单位：北京理工大学机械与车辆学院 北京 100081

关键词：碳纤维复合材料,临界折射纵波,渗透深度,应力检测,应力系数；

基金：国家重点研发计划资助项目(2022YFB3403901)。

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)在国防、民生等领域大量应用，已成为国家高质量发展进程不可或缺的组分，高效准确地检测和评估复合材料结构的服役状态对于生产安全至关重要。超声无损检测具有快速、准确等优点，被广泛应用于应力检测。通过研究临界折射纵波(Critically refracted longitudinal，LCR)在正交各向异性材料内部的传播规律，基于等效刚度矩阵建立CFRP应力检测模型，对各向异性材料平面应力系数标定的检测方法进行理论推导。通过有限元方法对CFRP材料的声速、声场指向性、LCR激发角度与渗透深度之间的关系等方面进行分析、模拟、试验，实现了应力的定量表征。以T700碳纤维复合材料为研究对象，搭建超声应力检测系统，进行CFRP中LCR波传播特性试验和应力诱导超声检测试验，与有限元仿真结果一致。利用单轴拉伸预应力加载试验对超声应力系数进行标定和验证，得到超声应力系数最大偏差不超过5%，研究结果为复合材料的结构应力检测提供了有效支撑。

来源：2026年第2期

《机械工程学报》期刊编辑部

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