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夾芯復(fù)合材料由薄的復(fù)合材料面板與相對較厚、低密度的芯部粘合而成。使用芯部將兩個剛性和強(qiáng)大的復(fù)合材料面板分離，可產(chǎn)生特別適合彎曲荷載的復(fù)合夾層結(jié)構(gòu)。在這種載荷下，面板承受與彎曲相關(guān)的拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力，而中心芯部主要承受剪切應(yīng)力。因此，夾芯復(fù)合材料在彎曲載荷下會發(fā)生面板或芯部破壞，并且已經(jīng)開發(fā)出測試方法來評估這兩種類型的失效。這兩種撓曲試驗的主要區(qū)別在于夾層梁試件的支撐跨度長度、長梁與短梁以及荷載配置、四點荷載與三點荷載。

為了在復(fù)合材料夾層梁試樣中產(chǎn)生面板破壞，從而確定面板極限強(qiáng)度，圖1a中使用了相對較長的跨度長度和四點加載配置。按照ASTM D72491《夾層復(fù)合材料長梁彎曲試驗方法》規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)試樣為76毫米寬、600毫米長。560毫米支撐跨距與相對較短的100毫米加載跨距長度相結(jié)合指定為標(biāo)準(zhǔn)加載配置。這種結(jié)構(gòu)旨在最大限度地提高面板中的彎曲應(yīng)力，同時盡量減少芯部的剪應(yīng)力。然而，僅當(dāng)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中提供的試樣設(shè)計方程表明將產(chǎn)生面板失效時，才使用該標(biāo)準(zhǔn)配置。否則，需要改變支撐和荷載跨度長度，以達(dá)到預(yù)期的面板破壞。此外，ASTM D7249為試樣設(shè)計提供了一條有用的經(jīng)驗法則：支撐跨距長度應(yīng)至少大于夾層厚度的20倍。另一個問題是在荷載引入點發(fā)生的局部面板損壞或芯部壓碎。為了解決這一問題，ASTM試驗方法規(guī)定使用25毫米寬的旋轉(zhuǎn)加載平面，以幫助將力分布到更大的區(qū)域（圖2）。此外，建議在鋼質(zhì)平板上使用3毫米厚的橡膠壓力墊，以進(jìn)一步降低應(yīng)力集中。

圖1. 夾芯復(fù)合材料彎曲測試中使用的試樣結(jié)構(gòu)。1a（頂部）是長梁撓性結(jié)構(gòu)（ASTM D7249）和1b（底部）為短梁彎曲配置（ASTM C393）

為了在彎曲荷載下產(chǎn)生復(fù)合夾層梁試件的芯部破壞，圖1b使用了相對較短的跨長和三點荷載配置。ASTM C3932夾層復(fù)合材料短梁彎曲試驗方法，規(guī)定了76毫米寬、200毫米長的標(biāo)準(zhǔn)試樣。相對較短的150毫米支撐跨度，加上單一的中心加載點，使面板中的彎曲應(yīng)力最小化，并產(chǎn)生芯部剪切破壞。在長梁彎曲試驗中規(guī)定的相同的旋轉(zhuǎn)加載平臺和橡膠壓力墊用于防止加載點處的失效。事實上，用于進(jìn)行長梁彎曲試驗的相同可調(diào)試驗夾具（圖2）可用于通過將一個加載頭放置在中點并移除另一個加載頭來執(zhí)行短梁彎曲試驗。與長梁彎曲試驗類似，ASTM C393提供了用于在面板破壞和中心加載點處的局部芯部壓縮破壞之前產(chǎn)生芯部剪切破壞的試樣設(shè)計方程。注意，芯部剪切和芯-面板粘結(jié)失效都被認(rèn)為是可接受的失效模式。

圖2. 長梁彎曲測試夾具和夾心復(fù)合材料樣本

閱讀ASTM C393的人還可能注意到，即使它們不推薦用于短梁彎曲試驗，以確定芯部的剪切極限強(qiáng)度，但四點加載配置仍包括在試驗方法中。原因是什么？在2006年之前，ASTM C393是夾層復(fù)合材料唯一的彎曲試驗方法。因此，該標(biāo)準(zhǔn)的早期版本包括短梁和長梁夾層試樣以及三點和四點荷載。此外，還對試樣設(shè)計和試驗配置提供了最低限度的指導(dǎo)，以產(chǎn)生所需的失效模式。2006年，當(dāng)ASTM D7249標(biāo)準(zhǔn)化用于長梁彎曲試驗時，ASTM C393被改寫為只關(guān)注短梁彎曲試驗。然而，標(biāo)準(zhǔn)中保留了四點加載配置，以便與本試驗方法的先前版本保持“歷史連續(xù)性”。

此外，2006年ASTM D72504實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，用于根據(jù)長梁和短梁撓曲測試的測試結(jié)果確定夾芯復(fù)合材料的剛度性能。該標(biāo)準(zhǔn)實施規(guī)程描述了計算夾層彎曲和剪切剛度以及芯部剪切模量的方程和公式。至少需要一個長梁（ASTM D7249）和一個短梁（ASTM C393）撓曲試驗配置的力-撓度和/或應(yīng)變數(shù)據(jù)。這些剛度特性通過同時求解每個試驗配置的撓度方程來確定。

在總結(jié)了用于夾芯復(fù)合材料的兩種標(biāo)準(zhǔn)化彎曲載荷配置后，在看一下它們與目前用于復(fù)合材料層壓板或固體復(fù)合材料撓曲試驗的相似之處。與夾芯復(fù)合材料的情況一樣，這兩種標(biāo)準(zhǔn)彎曲試驗方法也分為長梁和短梁彎曲試驗。固體復(fù)合材料長梁彎曲試驗ASTM 7264，允許使用三點和四點加載。對于這兩種荷載配置，建議跨度與厚度之比為32:1，這兩種荷載配置會產(chǎn)生沿外試樣表面的最大彎曲應(yīng)力。由于最大壓縮應(yīng)力（即復(fù)合材料層合板的彎曲強(qiáng)度），試樣破壞通常發(fā)生在試樣頂部。相比之下，ASTM 23446固體復(fù)合材料短梁彎曲試驗僅使用4:1的跨厚比和三點荷載。本試驗方法用于測定短梁強(qiáng)度，定義為破壞時試樣中厚處產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力。由于應(yīng)力狀態(tài)和產(chǎn)生最大應(yīng)力的體積的不均勻性，使用這些試驗測得的彎曲強(qiáng)度和短梁強(qiáng)度均不能視為復(fù)合材料的材料特性。然而，在某些情況下，這些測量的數(shù)量可用于材料屬性評估。