本文件描述了纤维增强聚合物材料(FRP)部件和结构的声发射检测的一般原则，用于FRP的材料性能表征和验证试验、部件和结构的制造质量控制和服役性能在线检测以及健康监测等。本文件描述了采用声发射技术评估纤维增强聚合物部件或结构的完整性，或识别加载过程中严重累积损伤或损伤加剧主要区域的具体方法。本文件描述了通用的FRP声发射检测评价准则，并给出了建立评价准则的程序。本文件提供了用于在线检测和事后分析中声发射测试数据的定性评价准则格式，给不同测试地点和测试机构获得的声发射测试结果进行简化比对带来方便。注： 基于声发射的结构完整性评价不能仅根据本文给出的评价准则进行评估，很多情况下还需要进一步的测试和评估(例如使用其他无损检测方法或断裂力学计算等)。

ICS19.100
CCSJ04
中华人民共和国国家标准
GB/T42870—2023/IS018249:2015无损检测
纤维增强聚合物的声发射
检测方法和评价准则
Non-destructive testing-Specific methodology and general evaluation criteriaforacousticemissiontestingoffibre-reinforcedpolymers(ISo18249:2015,Non-destructivetesting-Acoustic emissiontestingSpecificmethodology andgeneral evaluation criteria fortesting offibre-reinforcedpolymers,IDT)2023-08-06发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2023-08-06实施
规范性引用文件
术语和定义
人员资格
声发射源和声特性
仪器和监测原则
检测方法
声发射检测结果/源机理的分析与解释检测报告·
参考文献
GB/T42870—2023/IS018249:201512
本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则起草。
GB/T42870—2023/1S018249:2015第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件等同采用ISO18249：2015《无损检测声发射检测
纤维增强聚合物的检测方法和评价准则》。
本文件做了下列最小限度的编辑性改动：为与现有标准协调，将标准名称改为《无损检测纤维增强聚合物的声发射检测方法和评价准则》；
增加了“注2：Hsu-Nielsen源是指铅笔芯断裂产生的声发射源”（见5.2）。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56）提出并归口。本文件起草单位：中国特种设备检测研究院、上海材料研究所有限公司、安徽华工智能科技研究院有限公司、航天材料及工艺研究所、河北大学、北京科海恒生科技有限公司、清诚声发射研究（广州）有限公司、山东科捷工程检测有限公司、河南启兴格电子科技有限公司。本文件主要起草人：张君娇、苑一琳、沈永娜、沈功田、丁杰、张鹏飞、刘然、刘哲军、薄柯、吴占稳、胡斌、骆辉、周伟、陈谋财、刘时风、李寰、梁玉梅、沈克兴。m
1范围
GB/T42870—2023/IS018249:2015无损检测纤维增强聚合物的声发射检测方法和评价准则
本文件描述了纤维增强聚合物材料（FRP）部件和结构的声发射检测的一般原则.用于FRP的材料性能表征和验证试验、部件和结构的制造质量控制和服役性能在线检测以及健康监测等本文件描述了采用声发射技术评估纤维增强聚合物部件或结构的完整性，或识别加载过程中严重累积损伤或损伤加剧主要区域的具体方法本文件描述了通用的FRP声发射检测评价准则.并给出了建立评价准则的程序本文件提供了用于在线检测和事后分析中声发射测试数据的定性评价准则格式，给不同测试地点和测试机构获得的声发射测试结果进行简化比对带来方便。注：基于声发射的结构完整性评价不能仅根据本文给出的评价准则进行评估，很多情况下还需要进一步的测试和评估（例如使用其他无损检测方法或断裂力学计算等）。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
ISO9712无损检测人员资格鉴定与认证（Non-destructivetestingQualificationandcertificationofNDTpersonnel)
注：GB/T9445—2015无损检测人员资格鉴定与认证（ISO9712:2012.IDT）ISO12716：2001无损检测声发射检测词汇（Non-destructivetestingAcousticemissioninspectionVocabulary)
注：GB/T12604.4—2005无损检测术语声发射检测（ISO12716:2001.IDT）EN13477-1无损检测声发射设备特性第1部分：设备描述（Non-destructivetesting-AcousticemissionEquipmentcharacterisationPartl:Equipmentdescription)EN13477-2无损检测声发射设备特性第2部分：操作特性验证（Non-destructivetestingAcoustic emission-EquipmentcharacterisationPart 2:Verification of operating characteristic)EN14584无损检测声发射金属承压设备验证试验中的检验声发射源的平面定位（Nondestructive testingAcoustic emission-Examination of metallic pressure equipment duringproof tes-tingPlanarlocationofAEsources)EN15495无损检测声发射金属承压设备验证试验中的检验声发射源的区域定位（NondestructivetestingAcoustic emission-Examinationof metallicpressureequipmentduringprooftestingZonelocationofAEsources)3术语和定义
ISO12716：2001界定的以及下列术语和定义适用于本文件。1
GB/T42870—2023/ISO18249:20153.1
纤维fibre
细长的固体材料。
注：典型的纤维长径比不小于5且拉伸模量不小于20GPa。常见的连续（丝状）纤维或不连续短纤维包括玻璃纤维、碳纤维或酰胺类纤维，
聚合物基体
polymermatrix
包裹纤维的大分子物质。
注：聚合物基体通常是热固性材料（例如环氧树脂，乙烯基酯聚酰亚胺或聚酯）或高性能热塑性塑料例如聚（酰胺酰亚胺）、聚（醚醚酮）或聚酰亚胺。聚合物基体的机械性能受温度、时间、老化和环境的影响显著、3.3
纤维层压板
fibre laminate
由不少于两层（每层均由相同取向的同一材料构成）的纤维增强聚合物组成的二维结构单元注：纤维层压板在密封的环境下通过加热和/或加压的方式压实。层压板是由平面状或弯曲状的聚合物基体单向纤维或编织纤维层不断堆叠而成的。各层能具有不同厚度，并由相同或不同的纤维和聚合物基体材料组成，层与层的纤维取向也能不同。
4ribre-reinforcedpolymermaterial;FRP纤维增强聚合物材料
相对于某些参考方向具有一个或多个纤维取向的聚合物基体复合材料。注：FRP通常是指连续纤维层压板。连续纤维的典型结构包括单向、正交、斜交和编织织物。但FRP也由不连续纤维制成，例如短纤维、长纤维或随机条状、片状、块状的增强相。3.5
分层delamination
在不同加载模式下复合材料的层内或者层间断裂（裂纹）。注：在诸如静载、重复循环载荷（疲劳）或冲击载荷下，分层主要发生层压板上粘接最弱或者应力最集中的纤维层之间，分层造成大量微观损伤产生的同时带来裂纹面摩擦等次级效应。分层在复合材料内部发展，尽管从表面上不易察觉，但通常与材料刚度和强度等机械性能的显著下降相关。3.6
(复合材料）微观损伤
micro-fracture(of composites）在微观层面上发生的如基体失效（小裂纹，开裂），纤维/基体界面失效（脱粘）或纤维拔出，以及纤维失效（断裂，届曲）之类的局部失效机制。注：微观损伤是由复合材料的局部过载引起的，多个微观损伤的累积导致宏观破坏，也由此确定极限强度和寿命。4人员资格
按本文件实施检测的人员，宜按照ISO9712或合同各方同意的体系进行资格鉴定与认证，并由雇主或其代理对其进行岗位培训和操作授权5声发射源和声特性
5.1声发射源机制
微观和宏观断裂机制导致的FRP损伤产生高活度和高强度的声发射信号，因此适用于声发射检测(AT)。
声发射检测到的常见FRP损伤机制包括以下方面：2bzxZ.net
一基体开裂：
纤维/基体界面脱粘；
纤维拔出：
纤维断裂：
一层内或层间裂纹扩展（分层/劈裂）。GB/T42870-2023/IS018249:2015来自于FRP产生的声发射结果取决于多种因素，如材料成分、层压板铺层工艺、制造工艺、不连续性、外加载荷、儿何形状和环境检测条件（温度、湿度、液体或气体介质或紫外线辐射）。对给定条件下声发射现象的解释应注意这此影响因素，并具备已知应力条件下对特定材料和结构进行声发射检测的经验。
FRP在断裂时产生具有很高活度的突发型声发射：然而很可能表现为连续型声发射。对于某些类型的结构，在给定条件下出现分布广泛的基体或界面微观断裂声发射源属于正常现象，这尤其在新制造的FRP结构的第一次加载试验期间出现，当检测过程中首次出现显著声发射现象时，其对应的综合应变在0.1%~0.3%之间。高刚度优化的复合材料由于基体应变低，可在相对较高的应力下产生第一次显著的声发射。对于高强度复合材料.通常在材料极限强度的40%～60%的应力水平下，除去其他声发射源外，首次观察到显著区别于其他声发射源的纤维断裂声发射。FRP结构的一种正常声发射现象还表现为在不同区域声发射活度高低交替变化，这是由于局部应力重新分布而导致更高应力水平不断集中变化而产生的材料中的严重不连续或其他严重应力集中是FRP结构失效的一种主要影响因素，这些结构局部也正是声发射活度的集中部位
相反，由于测试而保持不受应力集中影响的局部区域中的不连续以及在非重要结构的不连续将不产生异常声发射。
5.2波的传播和衰减特性
在大型结构中传播的声发射波受频散和衰减效应的影响。聚合物基体复合材料是一种不均匀的各向异性材料，在许多应用场合，多被设计为薄板或壳体统构。薄板或壳体中的声波主要以板波模态（如兰姆波）进行传播。纤维的体积和排列方向导致了材料的各向异性，这也导致板波的速度、衰减和大频散均具有一定的方向性声波在FRP中的传播，其振幅和频率随距离变化显著，变化程度将取决于传播方向、材料特性、厚度和测试对象的几何形状。
对测试对象的典型区域进行衰减特性测量，应符合EN14584中的规定应量化喷嘴和辅助附件的遮蔽效应，并应通过试验测试流体介质对传导的影响。衰减特性应在不同的方向上测量，特别是平行和垂直于纤维主要取向的方向。对于有部分填充的测试对象，应在液面上方和下方分别测量衰减。对于FRP层压结构，波传播500mm左右的距离，突发信号峰值幅度衰减可能在20dB～50dB的范围内。垂直于纤维方向的衰减通常相比平行方向高得多注1：来自Hsu-Nielsen源的峰值振幅能随着FRP材料在结构的不同区城中的特定粘弹性特性而变化注2：Hsu-Nielsen源是指铅笔芯断裂产生的声发射源。5.3检测温度
如果试验温度接近基体的转变温度范围，如韧性一脆性转变（半结晶基体的β弛豫）或玻璃一橡胶转变（无定形基体的α-弛像），则FRP结构的机械特性（刚度、强度）和声学特性（波速、衰减）以及声发射活度和声发射波的特性（波形、频谱）将发生极大变化。3
GB/T42870—2023/IS018249:2015声发射检测结果的数据评价和解释应注意加载过程检测温度的变化5.4源定位
对FRP结构中的声发射源精确定位很难。复合材料衰减严重，在实际监测时声发射撞击仅被最近的传感器获取，源定位信息通常为区域定位。当声发射源具有足够的能量使各个传感器获取信号，且到达不同位置传感器的时间不同，声发射源的线性定位或平面定位可作为有用的补充，主要用于高能量声发射源的定位，在进行时差定位时应特别注意声速和衰减通常随FRP传播的方向不同而变化对FRP使用定位方法时应注意，FRP材料具有的很高发射率将产生严重的撞击重叠，使得来自不同声源的撞击被鉴别为一个声发射定位事件，从而严重影响时差定位的有效性和准确性。合理选择声发射传感器间距和布置方式宜考虑以下因素：传感器频率范围
频率低的传感器可检测范围大，但也更容易接收噪声信号。对FRP检测时，通常将高频传感器（100kHz~300kHz）用于监测高应力的局部区域，而将低频传感器（30kHz~60kHz）用于构件的整体监控。通常同时使用两种频率范围的传感器进行检测。在FRP板的声发射检测中，不同频率的传感器典型检测范围如下：150kHz传感器的监测范围为400mm~700mm；60kHz传感器的监测范围为600mm~1200mm：30kHz传感器的监测范围为900mm~2000mm或更高。具体检测范围主要取决于材料本身。对于声发射源机制的研究，可优先使用宽频带声发射传感器。b)
传播和衰减的方向性
受衰减的影响，在衰减较高的方向应布置更多的声发射传感器。采用与方向相关波速的定位技术时将获得更高的定位精度。在系统软件不能处理方向速度的情况下，使便用虚拟传感器定位技术可改善定位性能。定位有效性的检查宜采用Hsu-Nielsen法或其他声发射模拟源。c）定位性能
对低能量的声发射信号进行平面定位时，应使用更多的声发射传感器以满足平面定位所需的最少三次的撞击。
对于小试样或大型结构的局部区域进行监测时·使用平面定位更有效。5.5纤维增强聚合物的声发射信号分析纤维增强聚合物的声发射信号分析包含以下方法：a）基于撞击、能量和有效值电压（RootMeanSquare，RMS）的数据处理对于大多数应用场合，被检件都不宜临近失效，FRP与金属材料的声发射信号处理技术没有明显差异。其主要区别在于，由于混响反射较少的缘故，高频信号持续时间明显缩短。当损伤开始萌生声发射发射率将明显高于金属材料应设置合适的检测参数以便适应这种信号的采集与处理，例如设置较短的鉴别时间。如遇到非常严重的损伤可能以连续声发射信号的形式表现，在这种情况下，宜对信号进行连续信号表征参数的补充分析，例如采用RMS、平均信号电平（AverageSignalLevel.ASL)或绝对能量等特征参数。
b）实时分析
实施监测在反馈加载条件下的安全状况时，应使用明确的标准进行声发射实时分析。如有必要，应绘制声发射特征参数和其他参数的实时图表以帮助决定是否停止检测。事后分析
事后分析通过对已知噪声源的滤除，并使用一些可能无法在实时分析时使用的应用分析工具，实现对声发射数据的深人了解。6仪器和监测原则
6.1仪器
GB/T42870—2023/IS018249:2015检测使用的声发射仪器，包括硬件和软件应符合EN13477-1和EN13477-2的规定。仪器应根据检测要求进行实时数据采集和分析。6.2传感器
根据声发射检测目的和5.4的规定进行声发射传感器频率的选择。宽频带传感器可能适合对损伤机制和声波传播特性的研究，但也引人了板波在不同速度下传播作为频率函数的附加变量。
选择宽频带传感器时宜考虑其特性与层压厚度相匹配，以及宽频带传感器潜在的低灵敏度的影响。6.3传感器位置和间距
当适用的标准无特殊规定时，声发射传感器的位置通常根据以下要求选取：a）
结构的高应力区域使用150kHz的传感器进行监测：若150kHz的传感器未覆盖全部测试区域，则使用30kHz～60kHz的传感器监测剩余区b)
域，并考虑可能受外界噪声干扰的影响：c
传感器间距根据不同方向的衰减测量值确定，并且应遵循面定位（EN14584）或区域定位（EN15495）中传感器最大允许间距的要求。评价门槛设置见6.5。
6.4传感器耦合和安装
为了更好地传导声发射信号，传感器应使用不与复合材料发生化学或物理反应（如引起龟裂、膨胀、开裂或其他微观损伤机制）的试剂进行耦合。耦合剂选用硅氧烷基高真空油脂或黏合剂，如冷硬化硅橡胶。
在传感器安装的区域，不应对复合材料结构进行机械加工以产生平坦光滑的表面，因此也应接受因用于平滑表面粗糙度或曲率面涂覆较厚的耦合剂层带来较高的声衰减耦合剂的选择取决于测试条件（温度、湿度、最大表面变形、表面粗糙度等），以及长期测试所需的稳定性。在所有可能的测试温度和最大变形状态下，耦合剂自身不应产生声发射。使用胶带、弹簧夹、松紧带、弹性橡皮筋等固定传感器时应保证传感器的机械稳定性·并应防止传感器在结构表面移动或在加载时传感器自身因其他固定原因而产生噪声。在检测前应校验仪器操作的正确性，符合EN14584的规定，使用Hsu-Nielsen源或电子脉冲自激发传感器进行测试验证。每个通道响应的幅度值与所有通道的平均幅度值之差不宜超过土6dB，如果可能，应检查并修正任何超过士6dB的偏差。考虑到加载过程中可能的损伤引起的衰减增加，应在测试结束时再次进行校准并记录相应的数值。6.5检测和评价门槛
检测门槛设置为高于背景噪声峰值XdB，但不应高于评价门槛应设置检测门槛，以避免某些类型层压板的正常行为产生过多数据。在新的结构（无应力）的第一次加载期间，高频次的微观损伤导致高活性的声发射活度。由手声发5
GB/T42870—2023/ISO18249:2015射高活度和低检测门槛，获取的声发射信号表现为连续声发射，而基于突发信号定义的声发射撞击数（和撞击率的计算）将失效。
对于这种情况，宜适当采取调整措施，例如采集波形流、提高检测门槛（使到达时间的采集误差增加并降低定位性能），或使用并行的更高检测门槛的通道采集或采用连续信号特征参数进行分析在检测前应采取必要的措施屏蔽或消除由加载过程引起的外界噪声，如伺服液压试验机或承压设备的泵噪声或泄漏、夹具与试样之间的摩擦等。如果不能有效屏蔽或消除噪声，则在事后分析期间使用数据滤波器或定位程序能从数据中删除识别出的噪声信号。6.6加载
根据检测目的、检测对象、加压介质和操作安全要求确定加载。加载过程应确定最大试验载荷、加载速率、分段载荷级别和保载时间，必要时，还要确定卸载/重复加载步骤以计算费利西蒂比。
在线检测时，若最大试验载荷没有显著高于日常最大工作载荷，则应在声发射检测前进行较长时间的降载运行，使得日常最大工作载荷显著低于声发射最大试验载荷。加载应特别指出声发射数据开始采集的载荷水平。加载速率应注意FRP固有的高声发射活度和撞击重叠导致连续声发射的可能性。加载速率和保载时间应适用于每次的检测应用。还应注意极低的应变速率和过长的保载时间可能导致蠕变(松弛)效应。
6.7实时监测的图表
实时监测宜包括以下步骤：
a）评价声发射的活度，如声发射撞击率和累计数或定位事件，以及它们与时间或载荷的相关性；b）评价声发射的强度，如突发信号峰值幅度、突发信号能量、连续信号参数及其负载下的特征：e）声发射源定位。
用于实时观察和分析声发射特性的图表取决于检测应用类型，7检测方法
7.1部件尺寸
小试样与大型部件和结构的检测存在差异和特有的问题。应注意5.2规定的声发射波在FRP中的频散和衰减效应。7.2试样的检测
对FRP试样进行试验的目的是进行材料表征和复合材料关键结构部件的设计优化。声发射监测的目的是通过纤维间的损伤模式（纤维/基体脱粘和基体开裂）和纤维断裂和/或不稳定分层导致的最终宏观失效来检测并表征初始损伤。与FRP结构相比，试样检测主要存在声发射源和传感器之间的距离短、声发射源定位精度高、声波衰减小等优势。
声发射检测试样时的一个主要问题是，来自试样边缘的反射波再次传播到传感器并与直接传播到传感器的声发射波相叠加·从而影响声发射信号由于声发射波在试样上以近似一维方式进行传播，因此进行线性定位设置足以在试样长度方向上6
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