随着纤维增强复合材料的广泛应用,复合材料无损检测技术受到广泛关注,其中声发射技术由于其主动性、几何形状不敏感性、即时性和特征性等优点成为复合材料检测技术领域的研究热点之一。聚类分析对于随机、无规且混杂的数据进行分离效果显著,被广泛应用到各种领域,可应用于声发射信号处理。本文以碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)作为研究对象,采用特征参数判定法、聚类分析与实验研究相结合的方法,对典型铺层方式的CFRP层合板损伤与破坏机制进行了探索研究。主要研究内容包括:(1)通过设计具有典型损伤模式的拉伸试样,获得了CFRP复合材料层合板的五种破坏模式对应声发射信号的峰值频率分布;分离出基体开裂信号、基体断裂信号、纤维断裂信号、纤维/基体界面脱粘信号以及层合板层间分层脱粘的声发射信号,结果表明纤维/基体界面脱粘、层合板层间分层脱粘信号的峰值频率范围有重叠。(2)采用k均值聚类分析算法和模糊C均值聚类分析算法对混杂的纤维/基体界面脱粘信号和层合板分层脱粘信号进行了分离。结果表明,纤维/基体界面脱粘信号能量较低(10~2aJ水平),层间脱粘信号能量较高(10~5aJ水平)。两种聚类分析结果相差9.27%;采用轮廓系数对两种聚类分析的结果进行评价,结果表明模糊C均值算法分析结果优于k均值算法。(3)基于典型损伤模式声发射信号特征参数及聚类分析结果,分析并得到了典型铺层CFRP层合板加载过程中的的损伤与破坏机制。结果表明,相对于0~o单向板,准各向同性层合板在拉伸载荷下的层间滑移更明显。