文档介绍：复合材料拉伸实验
一、板状试件的拉伸
-单向拉伸是复合材料力学性能试验应用最广,研究最多的一种方法。前苏、美、德、英各自的标准加入ISO后,我国参照ISO也建立了自己的国标(GB)。
拉伸时的难点:
-在整个标距段难以建立均匀的应力状态。
由于测量弹性常数和断裂强度对试件所受的应力状态要求不同;根据圣维南原理,各向异性材料的表现最为突出;同传统的材料相比,试件的端部效应更为明显。
-为了即避免边界效应的影响,又能较为准确测定刚度,势必增加试件的长度,但同时可能带来破坏模式的改变。因此,必须保证试件的数量和尺寸不同的试件。
测定强度时常见的误差:
处理试验结果所用的数学公式与试件破坏形式不适应;
原因:实际测量时,往往因纵向层间分离、剪切或标距外破坏、卡具内破坏的发生而造成。
解决办法:加紧形式、对中、防滑。
应力-应变曲线
纤维聚合物复合材料的拉伸应力-应变曲线取决于:
1、增强相和铺层方式;
2、增强相与基体的相互作用;
3、对中问题;
4、试验环境
试验发现:
单向玻璃纤维增强复合材料的应力-应变曲线在材料破坏前是线性的;
正交增强的、非编织的玻璃纤维复合材料和玻璃布材料的应力-应变关系曲线是由两条或多条斜率不同的直线组成。
折点存在原因:
1、材料的局部破坏为主要原因;
2、设备的不完善;
Strain
Stress
X
Y
Z
关于泊松比
问题与难点:
-在拉伸条件下,纤维聚合物复合材料的泊松比并非不变值,而是随着载荷的增加而减小,有时会出现负的泊松比。
-分析其主要原因:泊松比的符号取决于增强纤维的铺设方向和顺序,反映在边缘效应上。因此,对增强纤维的横向相对应变进行测量时困难;
解决办法:
-取厚与宽相同的承均质叠层的试样上测定泊松比,且由单向材料的试样测量,并加载水平给予说明。
测量值及计算公式
:横截面上的正应力,当试件加载的破坏时,既是最大正应力载荷时:
材料发生破坏, 既是该材料的破坏强度。
纵向应变:
-标距长度的增量
弹性模量的确定:
实际测量时,若测得的应力-应变曲线无线性段,只能测定正切或正割时的弹性模量。
泊松比的确定:
破坏模式
-纤维聚合物的破坏模式主要是由于增强叠层形式、各组分的材料的力学性能及组分间的作用,工艺缺陷(空隙、纤维波纹度等)、以及试样尺寸所决定。
几种破坏模式:
沿纤维增强方向加载的单向复合材料,通常因增强纤维断裂而破坏;
纤维含量低的材料,聚合物基体在增强纤维断裂之前破坏;
单向纤维复合材料上的载荷与纤维方向有夹角时,破坏随角度而变化;
1、小角度时,由于剪切以及平行于增强纤维方向的聚合物基体剥离,而是材料开始破坏;
2、角度加大时,由于拉应力起着主要作用,极端情况下,因聚合物基体横向断裂而破坏;
只有仔细观察、记录、分析被测试件破坏模式,才能提炼出反映真实物理客观事实的理论模型,才能真正指导材料的设计、和优化出完美的材料。