纖維復合材料層間剪切模量測試方法簡介

1.試驗原理
    隨著纖維增強復合材料產品的廣泛應用,且產品設計均采用計算機,特別是航天航空部門、軍工產品,計算越來越精確,因此,對材料性能要求更全面,如要求測出復合材料層板的層間剪切模量G13,G23等性能。根據我們的長期實踐經驗及理論分析,可以應用GB/T1456三點外伸梁彎曲法來測試復合材料層板的G13、G23等。
    三點外伸梁彎曲法的特點是,可以用梁外伸端的位移(撓度)獨立地計算出梁材料的彎曲彈性模量。由梁當中的撓度及外伸端的位移(撓度)可以一次計算出梁材料的層間剪切模量,不必象文獻等解聯立方程,其優越性顯著。
2.試樣尺寸
    試樣形狀及寬度同普通彎曲試驗的試樣。試樣長度,較做三點外伸梁彎曲長。要保證測試精度,關鍵是保證梁當中受彎曲部分的支距(l)與試樣厚度(h)之比,及外伸部分長度(a)與試樣厚度(h)之比如下:
    ①對于單向纖維復合材料,l/h為(10-14)并要求h≥4mm
    ②對于雙向纖維復合材料,l/h為(6-10)并要求h≥6mm
    至于a/h,要求3≥12,在樣品許可條件下,a較長,容易測量,并保證測量精度。
    對于纖維模量較低,取上述范圍的下限,纖維模量較高者,取上限。其原則是保證復合材料梁彎曲時,由層間剪切產生的剪切變形撓度占總撓度的30%左右。
    試樣厚度由產品厚度決定,當產品厚度較薄時,由于測試設備的限制,要求試樣厚度依次為,h≥4mm及h≥6mm,太薄的話,測不準結果。
3. 試驗設備
3.1 試驗機的噸位要小,好是0. 5t的電子萬能試驗機,測試精度高。
3.2 支座不同于普通彎曲試驗方法。要求能更好的自由轉動及伸縮,保證能滿足梁的簡支條件,支座的結構如同GB/T1456的支座,但寬度較小一些,對不同的試樣厚度(h),不同的l/h,應略有不同,至少應有3mm寬度。
3.3 測位移(撓度)的位移計,精度要高,好用千分表之類,表本身的彈性力要盡可能小。
4. 試驗步驟
4.1 如測試試樣尺寸同「5]時,若只測當中受彎曲部分,必須測量整段彎曲部分,分3-5處測其寬度、厚度。外伸臂的寬度、厚度不必測,但必須測外伸長度(a)及支距(l)。
4.2 安裝支座,位移計要準確,當支座不是特制時,好在支座附近再安裝位移計,共5個位移計。
4.3 加載速度要慢,在1 mm/min以下。
4.4 在正式測試之前,要預加載荷,約為大載荷的20%一30%。讀取左右外伸端位移計讀數,若不對稱時,要調整試樣等。
4.5 左右兩位移計基本對稱后卸載至初載(5%大載荷)靜止1min后,正式加載,有自動記錄的試驗機,自動記錄載荷與各位移計的讀數曲線,沒有自動記錄時,每加5%載荷讀一次位移計的讀數,直加到40%-50%為止,然后卸載。
4.6 試樣不做到破壞,用此試樣,可以再進行彎曲強度和模量測試。
5. 計算
5.1 數據整理
    不論是自動記錄的曲線或讀數均要取線性段,略去初始的微曲段,當用普通彎曲支座時,又沒有在支座附近安裝位移計時,整理數據更要仔細。
    當支座附近裝有位移計時,按下式計算出試樣在支座的附加位移△(由于空隙或不平整而產生的):