复合材料因其优异的综合性能,在工程领域中有着广泛应用。作为典型的层铺结构,复合材料在服役过程中容易发生分层,严重影响结构的承载能力。在此背景下,改性复合材料技术应运而生,成为有效的解决方案之一。准确的层间力学性能评价可以为改性复合材料中期使用状况和后期服役寿命的评估提供重要参考价值,但现有评价手段主要集中于宏观力学性能测试,或者微观断面分析以及物理、化学分析等,缺少高效、便捷、低成本的无损检测技术(Non Destructive Testing,NDT)。本文采用一体化的微胶囊作为改性材料,提出一种新的层间增韧复合材料制备方法,利用超声导波技术对普通试样和增韧试样层间力学性能进行表征;基于国内外现有研究基础,制备出微胶囊型自修复复合材料,利用超声导波技术对自修复试样层间力学性能恢复效果进行评价。主要研究工作如下:(1)遵循逐渐深入的原则,首先利用超声导波技术对普通复合材料分层扩展进行检测。研究结果表明:随着分层扩展,响应信号峰值降低,波形差异性增大;响应信号频谱中出现二次谐波,表明层间存在闭口微裂纹,并且二次谐波的出现时刻随着分层扩展而提前;局部波数方法可以对复合材料分层进行定位。采用仿真软件ABAQUS建立含分层缺陷的复合材料二维模型,计算结果表明:导波在裂纹尖端处发生模态转换,并以不同的速度在亚层中继续传播。(2)将微胶囊以团聚的形式填充至复合材料层间,采用热压工艺制备出层间增韧复合材料试样。通过I型层间断裂试验对试样增韧效果进行评估。采用超声导波技术对无损状态的试样进行检测。利用扫描电子显微镜(SEM)和超景深显微镜对试样层间断面进行观察。研究结果表明:团聚的微胶囊在热压过程中被挤破,触发芯材聚合反应,在层间形成多个粘性增强区域,可以有效提高试样层间断裂韧性;其次,团聚的微胶囊和基体树脂形成第二相材料层,该材料层可以吸收断裂能量,抑制层间裂纹扩展;微胶囊的填充改变了试样层间基体特性,增加了导波传播过程中的衰减,导致信号峰值降低;同时,团聚的微胶囊改变了试样对于中心频率125kHz五峰波激励的振动响应,导致中心频率在信号频谱中的幅值低于普通试样。(3)将微胶囊以分散的形式填充至复合材料层间,采用热压工艺制备出两种微胶囊浓度的自修复复合材料试样。通过I型层间断裂试验对试样层间力学性能及其自修复效率进行评估。采用超声导波技术对无损、有损和已修复状态的试样进行检测。利用SEM对试样层间断面进行观察。研究结果表明:微胶囊被层间裂纹刺破,释放出包裹的芯材,芯材发生聚合反应对试样层间断面进行修复;高浓度试样层间力学性能恢复效率小于低浓度试样;低浓度微胶囊会降低试样初始层间断裂韧性,而高浓度微胶囊可以提高试样初始层间断裂韧性;试样发生破坏时,响应信号峰值降低,和基准信号的波形差异变大;试样自修复后,响应信号峰值回升,和基准信号的波形差异变小;但信号峰值、波形相似性和自修复效率之间无线性变化规律。