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復(fù)合材料層間剪切和面內(nèi)剪切測試的目的和方法

嘉峪檢測網(wǎng)        2022-10-10 10:38

摘 要

 

有關(guān)復(fù)合材料測試領(lǐng)域系列文章中介紹了復(fù)合材料壓縮性能、剪切性能、損傷容限、拉伸性能、沖擊后壓縮強(qiáng)度等測試方法。

 

本文主要介紹了復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度(ILSS)和面內(nèi)剪切(IPS)的測試目的和方法。

 

01、層間剪切強(qiáng)度測試

 

1.1、測試目的

 

采用脆性基體的層壓板層間剪切強(qiáng)度(interlaminar shear strength ,ILSS),例如由環(huán)氧樹脂制成的層壓板,通常使用短梁剪切試驗(short beam shear test,SBS)進(jìn)行測定。

 

它利用了在彎曲試驗中總是發(fā)生剪切應(yīng)力的事實。如果跨度相對于試件厚度較小,則與彎矩產(chǎn)生的法向應(yīng)力相比,出現(xiàn)的剪切應(yīng)力非常大。這樣,就可以在脆性基體材料中產(chǎn)生剪切應(yīng)力,從而可以測量剪切強(qiáng)度。

 

根據(jù)斷裂類型,可以表征基體材料的剪切強(qiáng)度或纖維-基體結(jié)合的質(zhì)量。該測試方法使用起來相對簡單,需要一個簡單的工具,該工具具有良好的對準(zhǔn)選項和精確的對中模具。因此,該方法通常用于質(zhì)量控制,適合于材料比較。

 

1.2、標(biāo)準(zhǔn)層壓板的測試

 

在材料開發(fā)中,對厚度為2 mm的標(biāo)準(zhǔn)層壓板進(jìn)行測試。根據(jù)所使用的標(biāo)準(zhǔn),跨度為8或10 mm,必須設(shè)置為高達(dá)±0.1 mm的精度。EN 2563對彎曲凸起的公差規(guī)定為±0.02 mm。

 

02、平面內(nèi)剪切測試

 

2.1、測試目的

 

平面內(nèi)剪切(In-plane shear,IPS)可以通過在纖維方向±45°處進(jìn)行拉伸或壓縮試驗來產(chǎn)生,試樣以與纖維方向成45°的板材上切割下來。

 

除了用于確定主應(yīng)力方向上的應(yīng)力、應(yīng)變和模量值的拉伸和壓縮試驗外,面內(nèi)剪切特性的測量在復(fù)合材料的表征中發(fā)揮著重要作用。測量值為面內(nèi)應(yīng)變γ12、面內(nèi)應(yīng)力τ12和剪切模量G12。

 

由于該方法對試樣制備有嚴(yán)格的要求,并且可以像拉伸試驗一樣在試驗機(jī)上進(jìn)行,因此既可以用于研發(fā)中的材料表征,也可以用于質(zhì)量保證目的的大量測試。

 

2.2、試驗方法

 

剪切變形沿著纖維方向發(fā)生,因為拉伸試樣中纖維端部的角度小于45°。這種剪切變形可以使用兩個0°和90°應(yīng)變計或雙軸伸長計來測定。

 

由于變形發(fā)生在基體內(nèi)部,而斷裂發(fā)生在基體或纖維的界面上,因此要測量的剪切應(yīng)力相對較低。在標(biāo)準(zhǔn)試樣的試驗中,很少會有超過10 kN的拉力。

 

當(dāng)應(yīng)變較小時,測試方法會檢測到一個極限。在變形增加的情況下,纖維的角度會發(fā)生變化,從而導(dǎo)致系統(tǒng)計算誤差。這就是為什么標(biāo)準(zhǔn)將這些測試方法限制為5%的應(yīng)變。

 

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來源:碳纖維及其復(fù)合材料技術(shù)

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