纤维复合材料层间剪切模量测试方法简介
1.试验原理
随着纤维增强复合材料产品的广泛应用,且产品设计均采用计算机,特别是航天航空部门、军工产品,计算越来越精确,因此,对材料性能要求更全面,如要求测出复合材料层板的层间剪切模量G13,G23等性能。根据我们的长期实践经验及理论分析,可以应用GB/T1456三点外伸梁弯曲法来测试复合材料层板的G13、G23等。
三点外伸梁弯曲法的特点是,可以用梁外伸端的位移(挠度)独立地计算出梁材料的弯曲弹性模量。由梁当中的挠度及外伸端的位移(挠度)可以一次计算出梁材料的层间剪切模量,不必象文献等解联立方程,其优越性显著。
2.试样尺寸
试样形状及宽度同普通弯曲试验的试样。试样长度,较做三点外伸梁弯曲长。要保证测试精度,关键是保证梁当中受弯曲部分的支距(l)与试样厚度(h)之比,及外伸部分长度(a)与试样厚度(h)之比如下:
①对于单向纤维复合材料,l/h为(10-14)并要求h≥4mm
②对于双向纤维复合材料,l/h为(6-10)并要求h≥6mm
至于a/h,要求3≥12,在样品许可条件下,a较长,容易测量,并保证测量精度。
对于纤维模量较低,取上述范围的下限,纤维模量较高者,取上限。其原则是保证复合材料梁弯曲时,由层间剪切产生的剪切变形挠度占总挠度的30%左右。
试样厚度由产品厚度决定,当产品厚度较薄时,由于测试设备的限制,要求试样厚度依次为,h≥4mm及h≥6mm,太薄的话,测不准结果。
3. 试验设备
3.1 试验机的吨位要小,好是0. 5t的电子万能试验机,测试精度高。
3.2 支座不同于普通弯曲试验方法。要求能更好的自由转动及伸缩,保证能满足梁的简支条件,支座的结构如同GB/T1456的支座,但宽度较小一些,对不同的试样厚度(h),不同的l/h,应略有不同,至少应有3mm宽度。
3.3 测位移(挠度)的位移计,精度要高,好用千分表之类,表本身的弹性力要尽可能小。
4. 试验步骤
4.1 如测试试样尺寸同「5]时,若只测当中受弯曲部分,必须测量整段弯曲部分,分3-5处测其宽度、厚度。外伸臂的宽度、厚度不必测,但必须测外伸长度(a)及支距(l)。
4.2 安装支座,位移计要准确,当支座不是特制时,好在支座附近再安装位移计,共5个位移计。
4.3 加载速度要慢,在1 mm/min以下。
4.4 在正式测试之前,要预加载荷,约为大载荷的20%一30%。读取左右外伸端位移计读数,若不对称时,要调整试样等。
4.5 左右两位移计基本对称后卸载至初载(5%大载荷)静止1min后,正式加载,有自动记录的试验机,自动记录载荷与各位移计的读数曲线,没有自动记录时,每加5%载荷读一次位移计的读数,直加到40%-50%为止,然后卸载。
4.6 试样不做到破坏,用此试样,可以再进行弯曲强度和模量测试。
5. 计算
5.1 数据整理
不论是自动记录的曲线或读数均要取线性段,略去初始的微曲段,当用普通弯曲支座时,又没有在支座附近安装位移计时,整理数据更要仔细。
当支座附近装有位移计时,按下式计算出试样在支座的附加位移△(由于空隙或不平整而产生的):
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