復合材料力學性能表征

1、精選文檔復合材料力學性能表征(characterization of mechanical properties of composites)力學性能包括拉伸、壓縮、彎曲、剪切、沖擊、硬度、疲憊等，這些數(shù)據(jù)的取得必需嚴格遵照標準。試驗的標準環(huán)境條件為：溫度23±2，相對濕度4555，試樣數(shù)量每項試驗不少于5個。此檢測方法適用于樹脂基復合材料，金屬基復合材料力學性能可參考此方法進行。拉伸 拉伸試驗是對尺寸符合標準的試樣，在規(guī)定的試驗速度下沿縱軸方向施加拉伸載荷，直至其破壞。通過拉伸試驗可獲得如下材料的性能指標：式中P為最大載荷，N；b，h分別為試樣的寬度和厚度，mm。式中L為試樣破壞時

2、標距L0內(nèi)的伸長量，mm；L0為拉伸試樣的測量標距，mm。拉伸彈性模量Et式中P為載荷一形變曲線上初始直線段的載荷增量，N；L為與P相對應的標距L0內(nèi)的變形增量，mm。由于復合材料的各向異性，特殊是用單向預浸帶做的復合材料通常同時測以下項目：L：纖維方向的拉伸強度；T：纖維方向的拉伸強度；EL：纖維方向的拉伸模量；ET：纖維方向的拉伸模量。應力-應變曲線記錄拉伸過程中應力-應變變化規(guī)律的曲線，用于求取材料的力學參數(shù)和分析材料拉伸破壞的機制。壓縮 對標準試樣的兩端施加均勻的、連續(xù)的軸向靜壓加載荷，直至試樣破壞，以獲得有關(guān)壓縮性能的參數(shù)，若壓縮試驗中試樣破壞或達最大載荷時的壓縮應力為P(N)，試樣

3、橫截面積為F(mm2)，則壓縮強度c為：由壓縮試驗中應力-應變曲線上初始直線段的斜率，即應力與應變之比，可求出壓縮彈性模量(MPa)。由于復合材料的各向異性，特殊是用單向預浸帶做的復合材料通常同時測L：纖維方向的壓縮強度；T：纖維方向的壓縮強度；EL：纖維方向的壓縮模量；ET：上纖維方向的壓縮模量。彎曲復合材料在彎曲試驗中受力狀態(tài)比較簡單，拉、壓、剪、擠壓等力同時對試樣作用，因而對成型工藝配方，試驗條件等因素的敏感性較大。用彎曲試驗作為篩選試驗是簡潔易行的方法。復合材料的彎曲試驗一般接受三點加載簡支梁法，即將標準試樣放在兩支點上，在中間施加載荷，使試樣變形直至破壞。材料的彎曲強度 f為： 式中

4、P為破壞載荷，N(或撓度為1.5倍試樣厚度時的載荷)；l為跨度，mm；b，h分別為試樣的寬度和厚度，mm。彎曲彈性模量Ef是指比例極限內(nèi)應力與應變的比值，可按下式計算：式中P為載荷，N(或撓度曲線上使直線段產(chǎn)生彎曲的載荷增量)；f為與P對應的試樣跨距中點處的撓度增量。剪切 復合材料的特點之一是層間剪切強度低，并且層問剪切形式簡單，因此剪切試驗對于復合材料的質(zhì)量把握特殊重要。層問剪切強度測試方法有直接剪切法和短梁彎曲法等。(1)直接剪切法。試樣的形式和尺寸如圖，對試樣的A、C面以肯定的加載速度施加剪切，直至試樣破壞。試樣破壞時單位面積上所承受的載荷值為層間剪切強度s。式中Pb為破壞載荷，N；b，

5、h分別為受剪面的寬度和高度，mm。(2)短梁彎曲法。本方法用來測定單向纖維增加樹脂復合材料平板的層間剪切強度，接受短梁三點彎曲法。試樣厚度h=25mm，寬度b=6.0mm±0.5mm，跨度l=5h，試樣長度L=1+10mm。層間剪切強度s。按下式計算：式中P為試樣破壞時的最大載荷，N。(3)縱橫剪切試驗。由層板理論可以導出，用±45°s對稱層板進行軸向拉伸所獲得的應力一應變曲線能夠表達0°鋪層層板的剪切應力一應變曲線。這種測定0°層板剪切性能的方法，稱為縱橫剪切試驗。該法與公認的薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)剪切相比，方法簡潔易行、省時省料，兩者測定結(jié)果全都性較

6、好，所測得的剪切強度和剪切模量，可以作為層板設計參量。式中為縱橫剪切強度，MPa；Pb為試樣破壞時的最大破壞載荷，N；b為試樣寬度，mm；h為試樣厚度，mm。式中GLT為縱橫剪切彈性模量，GPa；P為載荷一應變曲線直線段上選取的載荷增量，N；x為與P相對應的試樣軸向應變增量；y為與P相對應的試樣軸線垂直方向的應變增量。沖擊 沖擊試驗是用來衡量復合材料在經(jīng)受高速沖擊狀態(tài)下的韌性或抗斷裂力量的試驗方法，一般用簡支梁擺錘沖擊試驗測定。標準試樣的中部開有V形缺口，以使試樣受沖擊時產(chǎn)生應力集中而呈現(xiàn)脆性斷裂。若試樣沖斷所耗的功為A(J)，則沖擊韌性aK：式中b為試樣缺口處寬度，m；h為試樣缺口下厚度，m。除簡支梁沖擊試驗外，沖擊試驗還有懸臂梁沖擊試驗，落球式?jīng)_擊試驗，高速拉伸沖擊試驗等。硬度 材料的硬度表示抵制其他硬物壓入的力量，通過硬度的測量可間接了解其他力學性能，如磨耗、拉伸強度等，還可作為估量復合材料中基質(zhì)固化程度的依據(jù)，硬度測試操作便利、快速、不損壞試樣、可現(xiàn)場進行，所以硬度作為質(zhì)量檢驗和工藝指標而獲得廣泛應用。硬度測試有布氏硬度、洛氏硬度、巴氏硬度、邵氏硬度等。在復合材料中應用最廣的為巴氏硬度。巴氏硬度是一種壓痕硬度，它以特定壓頭在標準彈簧作用下壓入試樣，以壓痕深淺來表征試樣的硬度。巴氏硬度計有3種型號，其