复合材料测试专题

2023-01-07 18:13 广州市涂宝新材料厂
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本文主要介绍了碳纤维复合材夹芯板结构的力学实验和测试方法,试验主要采用了广泛接受的军用标准(MIL-STD-401B)测试方法,主要测试内容包括如下几部分:


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  • 长梁弯曲试验(Long Beam Flexure Test);

  • 边压试验(Edgewise Compression Test);

  • 平拉试验(Flatwise Tension Test);

  • 平压试验(Flatwise Compression Test);

  • 短梁剪切试验(Short Beam Shear Test);

  • 爬高圆筒剥离试验(Climbing Drum Peel Test)。


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01 长梁弯曲试验

该测试有几种可能的失效模式(见图1),一些更典型的失效模式包括皮层拉伸/压缩破坏、局部的面部起皱失效以及局部的面部缺陷。


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图1 夹芯板长梁弯曲试验


长梁弯曲试验的典型跨度为20英寸。通过长梁弯曲试验,可以确定夹层抗弯强度和弯曲模量。平均表层应力和模量可通过以下公式确定:


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上述计算公式适用于具有薄蒙皮结构的对称夹层板,关于试验和数据的更详细内容可参考MIL-STD-401B第5.2.4节或ASTM C-393。


02 短梁剪切试验


该试验时典型跨距为4英寸(见图2)。尽管本试验有几种可能的破坏模式,但典型的破坏模式是芯部结构破坏。


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图1 夹芯板短梁剪切试验


在短梁弯曲试验中,如果芯部发生破坏,则芯部抗剪强度(平均剪应力)可按下式计算:


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03 平压试验


该试验方法主要适用于具有薄蒙皮的夹板结构。有关试验和数据详细解释和讨论,可以参考MIL-STD-401B第5.2.4节或ASTM C-393。


针对夹芯板平压试验的主要目的是确定夹层板的芯部压缩性能。本试验的典型样本为2×2英寸的面板,如图3所示。


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图3 夹芯板平压试验


根据测试过程中完整的荷载-挠度曲线,就可以使用以下方程式确定芯的抗压强度和抗压模量:


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04 平拉试验

该试验目的是用于测定芯材抗拉强度或离面皮-芯粘结强度。该试验在2个2×2英寸的试样上进行,试样粘在重金属负载块之间,然后在试验机中将其拉开(见图4)。


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图4 夹芯板平拉试验


夹层平均水平拉伸强度可通过以下公式计算:


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05 边压试验


该试验主要为判断夹层板在其面板中的承载能力提供依据,其测试示意图如图5所示。试样典型尺寸至少为2英寸宽,无支撑长度应至少为夹层厚度的8倍。


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图5 夹芯板边压试验


该试验有几种可能的失效模式,如柱屈曲、剪切压接、表面凹陷(如图6所示)。由于本试验的性质,应采取额外措施确保试样具有良好的平端,以防止试样端部过早失效。根据ASTM C-364,允许使用适当的模塑材料浇铸端部,这有助于防止端部过早压碎破坏模式。

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图6 夹芯板边压试验典型失效方式


在试验过程中,应格外小心,以确保样品笔直且平行于荷载方向,这将有助于防止过早的柱屈曲破坏模式。柱屈曲破坏模式通常代表了柱失稳,而不是表面荷载承载能力的度量。因此,应尽力防止这种失效行为产生。


此外,在试验的早期阶段,应使用应变计监测两个表面蒙皮上的应变。蒙皮两侧的张力应为彼此的10%,这表明由于不同的有效偏心率而产生的结果差异很大。平均边压强度可通过以下公式确定:

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06 爬高圆筒剥离试验


该试验方法旨在测定夹层板面板蒙皮和芯之间粘合剂的抗剥离性(见图7),试样长度应至少为10英寸,典型宽度为3英寸

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图7 夹芯板爬高圆筒剥离试验


随着测试的进行,将逐渐达到剥离粘合胶所需的平均恒定扭矩水平。但是,该扭矩水平包括滚动裸露皮肤所需的扭矩量,因此该水平应预先确定,然后从实际读数中减去这个数字,就可以得到胶粘剂强度的有效测量值。平均剥离扭矩可通过以下公式计算公式:

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                                                                                                                                                                                                                                                     --End

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