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本文主要介紹了碳纖維復合材料夾芯板結(jié)構(gòu)的力學實驗和測試方法，試驗主要采用了廣泛接受的軍用標準（MIL-STD-401B）測試方法，主要測試內(nèi)容包括如下幾部分：

 

 

長梁彎曲試驗（Long Beam Flexure Test）；

 

邊壓試驗（Edgewise Compression Test）；

 

平拉試驗（Flatwise Tension Test）；

 

平壓試驗（Flatwise Compression Test）；

 

短梁剪切試驗（Short Beam Shear Test）；

 

爬高圓筒剝離試驗（Climbing Drum Peel Test）。

 

 

01 長梁彎曲試驗

 

該測試有幾種可能的失效模式（見圖1），一些更典型的失效模式包括皮層拉伸/壓縮破壞、局部的面部起皺失效以及局部的面部缺陷。

 

 

圖1 夾芯板長梁彎曲試驗

 

長梁彎曲試驗的典型跨度為20英寸。通過長梁彎曲試驗，可以確定夾層抗彎強度和彎曲模量。平均表層應力和模量可通過以下公式確定：

 

 

上述計算公式適用于具有薄蒙皮結(jié)構(gòu)的對稱夾層板，關(guān)于試驗和數(shù)據(jù)的更詳細內(nèi)容可參考MIL-STD-401B第5.2.4節(jié)或ASTM C-393。

 

02 短梁剪切試驗

 

該試驗時典型跨距為4英寸（見圖2）。盡管本試驗有幾種可能的破壞模式，但典型的破壞模式是芯部結(jié)構(gòu)破壞。

 

 

圖1 夾芯板短梁剪切試驗

 

在短梁彎曲試驗中，如果芯部發(fā)生破壞，則芯部抗剪強度（平均剪應力）可按下式計算：

 

 

03 平壓試驗

 

該試驗方法主要適用于具有薄蒙皮的夾芯板結(jié)構(gòu)。有關(guān)試驗和數(shù)據(jù)詳細解釋和討論，可以參考MIL-STD-401B第5.2.4節(jié)或ASTM C-393。

 

針對夾芯板平壓試驗的主要目的是確定夾層板的芯部壓縮性能。本試驗的典型樣本為2×2英寸的面板，如圖3所示。

 

 

圖3 夾芯板平壓試驗

 

根據(jù)測試過程中完整的荷載-撓度曲線，就可以使用以下方程式確定芯的抗壓強度和抗壓模量：

 

 

04 平拉試驗

 

該試驗目的是用于測定芯材抗拉強度或離面皮-芯粘結(jié)強度。該試驗在2個2×2英寸的試樣上進行，試樣粘在重金屬負載塊之間，然后在試驗機中將其拉開（見圖4）。

 

 

圖4 夾芯板平拉試驗

 

夾層平均水平拉伸強度可通過以下公式計算：

 

 

05 邊壓試驗

 

該試驗主要為判斷夾層板在其面板中的承載能力提供依據(jù)，其測試示意圖如圖5所示。試樣典型尺寸至少為2英寸寬，無支撐長度應至少為夾層厚度的8倍。

 

 

圖5 夾芯板邊壓試驗

 

該試驗有幾種可能的失效模式，如柱屈曲、剪切壓接、表面凹陷（如圖6所示）。由于本試驗的性質(zhì)，應采取額外措施確保試樣具有良好的平端，以防止試樣端部過早失效。根據(jù)ASTM C-364，允許使用適當?shù)哪Ｋ懿牧蠞茶T端部，這有助于防止端部過早壓碎破壞模式。

 

 

圖6 夾芯板邊壓試驗典型失效方式

 

在試驗過程中，應格外小心，以確保樣品筆直且平行于荷載方向，這將有助于防止過早的柱屈曲破壞模式。柱屈曲破壞模式通常代表了柱失穩(wěn)，而不是表面荷載承載能力的度量。因此，應盡力防止這種失效行為產(chǎn)生。

 

此外，在試驗的早期階段，應使用應變計監(jiān)測兩個表面蒙皮上的應變。蒙皮兩側(cè)的張力應為彼此的10%，這表明由于不同的有效偏心率而產(chǎn)生的結(jié)果差異很大。平均邊壓強度可通過以下公式確定：

 

 

06 爬高圓筒剝離試驗

 

該試驗方法旨在測定夾層板面板蒙皮和芯之間粘合劑的抗剝離性（見圖7），試樣長度應至少為10英寸，典型寬度為3英寸。

 

 

圖7 夾芯板爬高圓筒剝離試驗

 

隨著測試的進行，將逐漸達到剝離粘合膠所需的平均恒定扭矩水平。但是，該扭矩水平包括滾動裸露皮膚所需的扭矩量，因此該水平應預先確定，然后從實際讀數(shù)中減去這個數(shù)字，就可以得到膠粘劑強度的有效測量值。平均剝離扭矩可通過以下公式計算公式：