復(fù)合材料力學(xué)性能表征

1、復(fù)合材料力學(xué)性能表征(characterizationofmechanicalpropertiesofcomposites)力學(xué)性能包括拉伸、壓縮、彎曲、剪切、沖擊、硬度、疲勞等，這些數(shù)據(jù)的取得必須嚴(yán)格遵照標(biāo)準(zhǔn)。試驗的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件為：溫度23°C±2°C，相對濕度45%55%，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(fù)合材料，金屬基復(fù)合材料力學(xué)性能可參考此方法進(jìn)行。拉伸拉伸試驗是對尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)：拉伸強度-口嚴(yán)前式中P為最大載荷，N；b,h分別為試樣的寬度和厚

2、度，mm。斷裂伸長率邑£t=xl00%式中AL為試樣破壞時標(biāo)距L0內(nèi)的伸長量，mm；L0為拉伸試樣的測量標(biāo)距，mm。拉伸彈性模量EtE=式中AP為載荷一形變曲線上初始直線段的載荷增量，N；AL為與AP相對應(yīng)的標(biāo)距L0內(nèi)的變形增量，mm。由于復(fù)合材料的各向異性，特別是用單向預(yù)浸帶做的復(fù)合材料通常同時測以下項目：°L：纖維方向的拉伸強度；oT：丄纖維方向的拉伸強度；EL：纖維方向的拉伸模量；ET：丄纖維方向的拉伸模量。應(yīng)力-應(yīng)變曲線記錄拉伸過程中應(yīng)力-應(yīng)變變化規(guī)律的曲線，用于求取材料的力學(xué)參數(shù)和分析材料拉伸破壞的機制。壓縮對標(biāo)準(zhǔn)試樣的兩端施加均勻的、連續(xù)的軸向靜壓加載荷，直至試

3、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(dá)最大載荷時的壓縮應(yīng)力為P(N)，試樣橫截面積為F(mm2)，貝0壓縮強度°c為：kP/F由壓縮試驗中應(yīng)力-應(yīng)變曲線上初始直線段的斜率，即應(yīng)力與應(yīng)變之比，可求出壓縮彈性模量(MPa)。由于復(fù)合材料的各向異性，特別是用單向預(yù)浸帶做的復(fù)合材料通常同時測°L：纖維方向的壓縮強度；0T：丄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(fù)合材料在彎曲試驗中受力狀態(tài)比較復(fù)雜，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單易行的方法復(fù)合

4、材料的彎曲試驗一般采用三點加載簡支梁法，即將標(biāo)準(zhǔn)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：3円式中P為破壞載荷，N(或撓度為1.5倍試樣厚度時的載荷)；I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(yīng)力與應(yīng)變的比值，可按下式計算：卜f式中AP為載荷，N(或撓度曲線上使直線段產(chǎn)生彎曲的載荷增量)；Af為與AP對應(yīng)的試樣跨距中點處的撓度增量。剪切復(fù)合材料的特點之一是層間剪切強度低，并且層問剪切形式復(fù)雜，因此剪切試驗對于復(fù)合材料的質(zhì)量控制特別重要。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

5、形式和尺寸如圖，對試樣的A、C面以一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ts。TPt/bh式中Pb為破壞載荷，N；b,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強樹脂復(fù)合材料平板的層間剪切強度，采用短梁三點彎曲法。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ts。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(dǎo)出，用±45°s對稱層板進(jìn)行軸向拉伸所獲得的應(yīng)力一應(yīng)變曲線能夠表達(dá)0°

6、鋪層層板的剪切應(yīng)力一應(yīng)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(rèn)的薄壁圓筒扭轉(zhuǎn)剪切相比，方法簡單易行、省時省料，兩者測定結(jié)果一致性較好，所測得的剪切強度和剪切模量，可以作為層板設(shè)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。廣-色戶1式中GLT為縱橫剪切彈性模量，GPa；P為載荷一應(yīng)變曲線直線段上選取的載荷增量，N；&x為與AP相對應(yīng)的試樣軸向應(yīng)變增量；為與AP相對應(yīng)的試樣軸線垂直方向的應(yīng)變增量。沖擊沖擊試驗是用來衡量復(fù)合材料在經(jīng)受高速沖擊狀態(tài)下的韌性或抗斷裂能力的試驗方法，一般用簡支

7、梁擺錘沖擊試驗測定。標(biāo)準(zhǔn)試樣的中部開有V形缺口，以使試樣受沖擊時產(chǎn)生應(yīng)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：耳KA/隔式中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抗其他硬物壓入的能力，通過硬度的測量可間接了解其他力學(xué)性能，如磨耗、拉伸強度等，還可作為估計復(fù)合材料中基質(zhì)固化程度的依據(jù)，硬度測試操作方便、迅速、不損壞試樣、可現(xiàn)場進(jìn)行，所以硬度作為質(zhì)量檢驗和工藝指標(biāo)而獲得廣泛應(yīng)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(fù)合材料中應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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